Энергия будущего
Шрифт:
Главной была неустойчивость - этот бич плазмы. Первая атака на нее оказалась неудачной. Но, как разведка боем, она вскрыла много уязвимых мест плазмы, прояснила много ранее туманных вопросов, стала трамплином для дальнейшего развития теории...
Как видите, всего несколько страничек заняло описание экспериментов по самосжатому разряду. На чтение этих живых воспоминаний читатель потратил минуты.
В жизни на это ушли годы раздумий теоретиков, дни и ночи работы экспериментаторов, инженеров, техников, рабочих. Академик Л. Арцимович, руководивший тогда исследованиями УТС, и его сотрудники за эти работы были удостоены
Начался новый этап борьбы за управляемый термоядерный синтез.
МЕДЛЕННО? НЕТ, БЫСТРО!
Самое прекрасное, что мы можем испытать, - эта ощущение тайны.
Она есть источник всякого подлинного искусства и всей науки.
Альберт Эйнштейн
Взорвав водородную бомбу, человек осуществил термоядерный синтез. Оставалось выполнять главную задачу в термоядерной проблеме - научиться управлять этим процессом, контролировать скорость термоядерного взрыва.
Чтобы взять его под контроль, можно идти двумя путями. С одним мы уже познакомились. Его идея - замедлить течение реакции, растянуть ее во времени.
По этому принципу и создаются устройства с магнитным удержанием плазмы. Такова наша установка Токамак. По замыслу его создателей в термоядерный реактор загружается топливо. С помощью внешних источников энергии оно разогревается и горит несколько минут, чтобы уступить место следующей порции топлива.
На протяжении всего времени горения плазма удерживается с помощью магнитных полей.
Но возможен и другой способ управления этим процессом. Суть его в том, что в реакторе осуществляются термоядерные взрывы гораздо меньшей мощности, нежели в водородной бомбе. В сущности, это микровзрывы. Важно, чтобы устройство, в котором они имеют место, во-первых, выдерживало эти микровзрывы, а во-вторых, "успевало" переводить их энергию в полезную энергию. Отсюда задача - найти способ мгновенного разогрева топлива до термоядерной температуры, и тогда оно взорвется. Затем, непрерывно осуществляя эти микровзрывы, переводить выделяющуюся энергию в удобные для нас формы.
Спрессованный свет
Для управления термоядерным процессом советские физики Н. Басов и О. Крохин в 1964 году предложили для разогрева плазмы использовать лазер.
Чтобы разобраться в сути их предложения, придется сначала ознакомиться с тем, как работает и какими свойствами обладает устройство, названное лазером.
Интересно, что о его прообразе писатели-фантасты заговорили несколько десятков лет назад. Вспомним хотя бы роман А. Толстого "Гиперболоид инженера Гарина".
Не предвидя, конечно, создания известного современному человечеству удивительного прибора, имеющего совершенно иное назначение, автор романа писал: "Первый удар луча гиперболоида пришелся по заводской трубе - она заколебалась, надломилась посередине и упала... Был виден завод, раскинувшийся на много километров. Половина зданий его пылала, как карточные домики. Луч бешено плясал среди этого разрушения".
Лазер называют еще квантовым генератором света.
Родился он в конце 50-х годов нашего века. Главная роль в создании этого источника светового излучения принадлежит советским ученым - Н. Басову, А. Прохорову и американцу Таунсу.
Чем же интересен этот источник света и каковы его особенности?
Одно из присущих ему замечательных качеств - мощность. Чтобы читатель получил о ней представление,
Несмотря на то что количество энергии, которое лазер "выстреливает" в импульсе, невелико, скажем 0,03- 0,05 ватт-часа, удельная мощность импульса может быть очень высокой - до 1017-1020 ватт в кубическом сантиметре. Для сравнения напомним, что в ядерных реакторах деления удельная мощность колеблется в пределах ог 10 до 1000 ватт в кубическом сантиметре, а в термоядерном - 100 ватт.
Другое замечательное качество лазера, или, точнее, светового излучения, создаваемого им, - это способность концентрировать энергию в фантастически малых объемах. Используя в лабораторных условиях относительно небольшую энергию, скажем равную одной килокалории, можно получить плотность энергии в кубическом сантиметре десять миллионов килокалорий, то есть в миллион раз больше той, какую можно достичь с применением самых эффективных современных взрывчатых веществ.
За счет чего достигается такая концентрация энергии?
Солнце, электрическая лампочка и другие источники излучают свет в виде независимых друг от друга разных по длине волн. Получается это потому, что испускающие свет атомы и электроны при нагревании движутся хаотически. Эти независимые, беспорядочно колеблющиеся волны света невозможно объединить в один узкий пучок. Этим объясняется расширение луча прожектора с расстоянием.
Если же создать устройство, которое заставляло бы атомы излучать световую волну определенной одинаковой длины и не беспорядочно, а согласованно во времени, оно обеспечило бы мощный, нерасходящийся, как говорят, когерентный луч света. Именно таким устройством и является лазер.
Как он работает?
В его рабочее (активное) вещество, которым может быть стекло, газ, жадность, с помощью специальных импульсных электроламп вводится энергия. Молекулы активного вещества тотчас переводятся в возбужденное состояние и излучают свет. Само активное вещество является резонатором - оптической системой из двух параллельных зеркал, обращенных друг к другу отражающими поверхностями. Это может быть рубиновый стержень размером с карандаш с зеркальными торцами. Для вывода излучения из резонатора в намеченном направлении одно из зеркал делается отражающим полностью, а другое частично. Через него и может пройти излучение.
Эта система представляет собой усилитель, который действует так.
Первоначально слабое излучение, вызванное импульсной лампой, проходит через активную среду и вызывает дополнительное высвечивание молекул, находящихся в возбужденном состоянии. Это уже немного усиленное теперь излучение, отражаясь от зеркал и вновь проходя через среду, вызывает излучение следующих молекул и так далее. В результате происходит лавинообразная цепная реакция, приводящая к вспышке лазера.
Перемещая зеркала, можно нарушать условия отражения света, то есть как бы выводить из строя резонатор. Это делается для того, чтобы можно было возбуждать молекулы активной среды до максимально допустимой величины и лишь затем снова "вводить резонатор в строй", заставляя его молекулы в импульсе отдавать энергию.