В России зажигают рукотворное Солнце

До Солнца ещё далеко. Но! Первый модуль лазерной установки, предназначенной для "поджигания" термоядерной реакции, запущен в Российском федеральном ядерном центре – ВНИИЭФ в городе Сарове.

Об этом сообщил заместитель директора ВНИИЭФ по лазерным системам, он же генеральный конструктор академик Сергей Гаранин, выступая перед учёным ареопагом страны на научной сессии общего собрания Российской академии наук. 

Два пути к термоядерному синтезу 

Что такое термоядерный синтез? Его мы видим ежедневно, когда нет туч. Когда они есть, мы его не видим, но чувствуем: планета Земля со всем её человеческим лишайником на поверхности получает свет и тепло. А также ряд полезных и не очень излучений. Всё это даёт термоядерный реактор под названием Солнце.

Процесс в нём происходит простой: в условиях огромной плотности из ядер водорода синтезируются ядра гелия. Каковой процесс и рождает много фактически дармовой энергии. В принципе, человечество это делать тоже умеет. Высшей планкой пока является энергия в 58,6 мегатонны, полученная в результате взрыва советской термоядерной "Царь-бомбы" в 1961 году. Но если не иметь в виду высокой поэзии с рифмованием слова "мегатонн" с городом Вашингтон, то существует проблема с тем, что контролировать эту энергию люди пока не научились. Слишком горячая получается плазма – никакие стенки ни из какого земного материала не удержат плазму с температурой в десятки миллионов градусов.

Отсюда наметились два пути получения управляемой термоядерной реакции. Один из них – удержание плазмы в сильном магнитном поле. По сути, тот же взрыв "Царь-бомбы", которому не дают распространиться. Эта технология разработана достаточно давно: ещё в 1968 году в Курчатовском институте был создан первый в мире токамак – "тороидальная камера магнитная". Принцип работы простой: в пустотелый "бублик", из которого откачан воздух, подаётся смесь изотопов водорода дейтерия и трития, а в обмотанные вокруг "бублика" провода – электрический ток. Он одновременно и зажигает плазму, и удерживает её.

За этой, однако, внешней простотой сокрыты многие печали. Настолько печальные, что целых 7 первых экономик мира, а также Казахстан аж 20 лет строят и всё никак не достроят во Франции первый экспериментальный термоядерный реактор ITER, где реакция могла бы поддерживаться дольше нескольких секунд, как в токамаках. И чтобы энергии на выходе получалось больше, нежели реактор потребляет.

Второй способ получения управляемого термояда основывается на создании громадных энергий в точечном (относительно) объёме при помощи сверхмощных лазерных лучей. В капсулу помещается та же дейтерий-тритиевая смесь, которая облучается высокоэнергетическими лазерными лучами со всех сторон. Смесь зажигается, горячие ядра дейтерия и трития сливаются, образуя ядра гелия и высокоэнергетические нейтроны. Идёт самоподдерживающаяся реакция.

Печали? Ну тоже, разумеется, есть. Научные, технологические и экономические. Надо как-то разрешить противоречие: чтобы реакция была эффективной, плазма должна быть как можно более плотной; но от плотного плазменного ядра длинноволновое излучение лазера отражается, а при уменьшении длины волны ниже 300 нанометров перестаёт действовать та лазерная оптика, которая и формирует собственно лучи. Ещё бы, когда это уже диапазон рентгеновских лучей! И вот учёные и технологи как раз и занимаются тем, чтобы как-то обойти эту проблему так называемой неустойчивости Рэлея – Тейлора в результате перепада плотности между уже нагретой лазером плазменной короной и холодным дейтерий-тритиевым ядром, до которого луч добраться не может. 

Решение проблем – в поисках решения проблем 

Важный шаг к окончательному овладению лазерным термоядерным синтезом (ЛТС) и был сделан в Сарове, где запустили первый модуль ядерной установки УФЛ-2М.

Если опять же предельно просто описать её, то это сфера со 192 каналами для лазерных лучей с единой системой накачки, которые должны облучать термоядерную мишень со всех сторон. Энергия лазерного излучения – 300 кДж на длине волны 351 нм (то есть, как видим, относительно близко к "плохому" пределу). Длительность лазерного импульса 1-3 наносекунды, по принципу больше энергии в кратчайшее время.

Установка нацелена на исследования в области физики высоких плотностей энергии, горячей и плотной плазмы. В прессе любят сообщать о циклопических размерах комплекса, где всё это творится, – три футбольных поля по площади и с 10-этажный дом в высоту, но это не главное. Главное – что внутри этого монстра можно будет получить в малом объёме то же, что творится внутри звёзд, в том числе нашего Солнца. То есть воссоздать этакое маленькое Солнышко, чтобы точнее понять, а затем и самим воспроизвести творящееся в нём термоядерное чудо.

Это же касается, впрочем, и термоядерной реакции, происходящей внутри ядерного взрыва. По международным обязательствам, Россия не может проводить испытания соответствующих устройств. А тем более новых и перспективных. А таковые необходимы, если только мы не хотим, чтобы уже явственно свихнувшийся Запад от языка санкций с нами перешёл на язык прямых вооружённых действий. Вот для этого – для, как отметил академик Гаранин, моделирования и проектирования новых видов российского ядерного оружия – также незаменима установка УФЛ-2М.

На данный момент, по его словам, "изготовлены и введены в эксплуатацию все системы, которые будут обеспечивать работу всех каналов лазерной установки, и запущен первый модуль — 8 каналов лазерной установки". Исследования на нём начнутся уже в новом году.

Это, правда, позже, чем планировалось изначально: в нынешние сроки предполагалось запустить лазерную установку на полную мощность. Но всё можно понять: стоимость её (озвученная) составляет 45 млрд рублей, а такая сумма, естественно, весьма чувствительна, если так можно выразиться, к кризисам и финансовым ямам. И это, кстати, не только наша проблема.

В своё время Конгресс США сильно озаботился тем, что 5 млрд долларов, потраченных на получение термоядерной реакции в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций NIF (National Ignition Facility), ушли в никуда. Хотели даже прикрыть финансирование, хотя в 2013 году на установке NIF всё же была зажжена реакция, в ходе которой впервые в мире было выделено больше энергии, нежели затрачено. Впрочем, демарш этот, конечно, ни к чему не привёл – у них, как и у нас, в соответствующих экспериментах очень заинтересованы военные…

Кстати, NIF – почти копия нашей УФЛ-2М. Те же 192 лазера высокой мощности, лучи которых точно так же фокусируются на капельке – размером меньше спичечной головки – из дейтерия и трития. Правда, наша установка будет помощнее – у нас к мишени должно подводиться в полтора раза больше энергии, чем у них. Кстати, комплекс этот потребляет 15 МВт электроэнергии, из которых 11 МВт уходят на зарядку энергетических накопителей.

Словом, посмотрим. Ждать осталось не очень долго. Во всяком случае, академик Гаранин заверил коллег, что у специалистов РФЯЦ-ВНИИЭФ есть все шансы первыми в мире добиться желаемого зажигания термоядерных реакций в мишенях. Ну и можно вспомнить слова экс-руководителя Росатома Сергея Кириенко:

Атомная отрасль России способна решить новые масштабные задачи, с которыми не справится никто в мире.

Он их произнёс как раз в Сарове.