Лазерный (или холодный) термоядерный синтез

Рассмотрим физические принципы лазерного термоядерного синтеза — быстро развивающегося научного направления, в основы которого легли два выдающихся открытия ХХ столетия: термоядерные реакции и лазеры. Термоядерные реакции протекают при слиянии ядер легких элементов. Большое энерговыделение при протекании термоядерных реакций и привлекает внимание ученых из-за возможности их практического применения в земных условиях. Так, термоядерные реакции в крупных масштабах осуществлены в водородной (или термоядерной) бомбе.

Чрезвычайно привлекательной представляется возможность утилизации энергии, выделившейся при термоядерных реакциях для решения энергетической проблемы. Дело в том, что топливом при таком способе получения энергии является изотоп водорода дейтерий (D), запасы которого в Мировом океане практически неисчерпаемы.

Каким способом можно осуществить термоядерную реакцию? Современные исследователи остановились на нагревании вещества до высоких температур (порядка 100 миллионов градусов). Чем выше температура, тем выше среднекинетическая энергия частиц и тем большее их количество может преодолеть кулоновский барьер.

К настоящему времени сформировались два в значительной мере независимых подхода к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза. Первый из них основан на возможности удержания и термоизоляции высокотемпературной плазмы относительно низкой плотности (N приблизительно равно от 10¹⁴ до 10¹⁵ см³) магнитным полем специальной конфигурации в течение сравнительно длительного времени.

Другой путь импульсный. При импульсном подходе необходимо быстро нагреть и сжать малые порции вещества до таких температур и плотностей, при которых термоядерные реакции успевали бы эффективно протекать за время существования ничем не удерживаемой или, как говорят, инерциально удерживаемой плазмы. Оценки показывают, что, для того чтобы сжать вещество до плотностей 100-1000 г/см³ и нагреть его до температуры Т приблизительно равно от 5 до 10 кэВ, необходимо создать давление на поверхности сферической мишени (Р приблизительно равно от 5·10⁵ до 10⁶ атм.).

Впервые идея использования мощного лазерного излучения для нагрева плотной плазмы до термоядерных температур была высказана Н. Г. Басовым и О. Н. Крохиным в начале 60-х годов. К настоящему времени сформировалось самостоятельное направление термоядерных исследований — лазерный термоядерный синтез (ЛТС). Микросфера, наполненная термоядерным топливом, со всех сторон «равномерно» облучается многоканальным лазером. В результате взаимодействия греющего излучения с поверхностью мишени образуется горячая плазма с температурой несколько килоэлектронвольт (так называемая плазменная корона), разлетающаяся навстречу лучу лазера с характерными скоростями от 10 в 7 степени до 10 в 8 степени см/сек. В современных модельных экспериментах на уровне энергий лазерного излучения 10-100 кДж удается достичь высоких (приблизительно 90%) коэффициентов поглощения греющего излучения.

В настоящее время интенсивно разрабатывается элементная база и создаются проекты лазерных установок мегаджоульного уровня. В Ливерморской лаборатории начато создание установки на неодимовом стекле с энергией Е=1,8 МДж. Стоимость проекта составляет 2 млрд. долларов.

Для реактора на основе лазерного термоядерного синтеза необходимо, однако, создание лазера мегоджоульного уровня, работающего с частотой повторения в несколько герц. В ряде лабораторий исследуются возможности создания таких систем на основе новых кристаллов. Запуск опытного реактора по американской программе планируется на 2025 год.

Под "холодным ядерным синтезом", который теперь предлагается заменить на термин "ядерные процессы, индуцированные кристаллической решеткой", понимаются аномальные с точки зрения вакуумных ядерных столкновений, стохастические низкотемпературные ядерные процессы (слияние ядер с выделением нейтронов), существующие в неравновесных твердых телах, которые стимулируются трансформацией упругой энергии в кристаллической решетке при фазовых переходах, механических воздействиях, сорбции или десорбции водорода (дейтерия). Другими словами, это аналог «горячей» термоядерной реакции (при которой происходит слияние ядер водорода и превращения их яра гелия, с выделением колоссальной энергии), проходящий при комнатной температуре.

Холодный термоядерный синтез, точнее определять как химически индуцированные фотоядерные реакции. И хотя прямой холодный термоядерный синтез осуществить не удалось, тем не менее он подсказал новые стратегии. Чтобы запустить термоядерную реакцию нужно генерировать нейтроны. Идея проста: механостимулированные химические реакции приводят к возбуждению глубоколежащих электронных оболочек и рождают рентгеновское или гамма-излучение, которое захватывается ядрами (фотоядерная реакция). Далее возбужденные таким образом ядра распадаются, генерируя нейтроны (и, возможно, гамма-кванты). Основная проблема в том, чтобы механическое воздействие возбуждало внутренние электроны оболочки, поскольку только в этом случае конверсия внешних электронов на внутренние вакансии будет генерировать жесткий рентген или гамма-кванты. Ясно, что наиболее вероятно это осуществить в условиях ударной волны (при взрыве обычной взрывчатки)!

Холодный термояд буквально "взорвался" в ходе взбудоражившей весь мир пресс-конференции, которую 23 марта 1989 года провели американский химик С. Понс и его английский учитель М. Флешман. Они утверждали, что им удалось "запустить" термоядерную реакцию при комнатной температуре. Однако это заявление не было подвергнуто принятому в научной среде рецензированию со стороны.

Под "холодным ядерным синтезом", который теперь предлагается заменить на термин "ядерные процессы, индуцированные кристаллической решеткой", понимаются аномальные с точки зрения вакуумных ядерных столкновений, стохастические низкотемпературные ядерные процессы (слияние ядер с выделением нейтронов), существующие в неравновесных твердых телах, которые стимулируются трансформацией упругой энергии в кристаллической решетке при фазовых переходах, механических воздействиях, сорбции или десорбции водорода (дейтерия). Другими словами, это аналог «горячей» термоядерной реакции (при которой происходит слияние ядер водорода и превращения их яра гелия, с выделением колоссальной энергии), проходящий при комнатной температуре.

Холодный термоядерный синтез, точнее определять как химически индуцированные фотоядерные реакции. И хотя прямой холодный термоядерный синтез осуществить не удалось, тем не менее он подсказал новые стратегии. Чтобы запустить термоядерную реакцию нужно генерировать нейтроны. Идея проста: механостимулированные химические реакции приводят к возбуждению глубоколежащих электронных оболочек и рождают рентгеновское или гамма-излучение, которое захватывается ядрами (фотоядерная реакция). Далее возбужденные таким образом ядра распадаются, генерируя нейтроны (и, возможно, гамма-кванты). Основная проблема в том, чтобы механическое воздействие возбуждало внутренние электроны оболочки, поскольку только в этом случае конверсия внешних электронов на внутренние вакансии будет генерировать жесткий рентген или гамма-кванты. Ясно, что наиболее вероятно это осуществить в условиях ударной волны (при взрыве обычной взрывчатки)!

Технология холодного термоядерного синтеза является транзитивной (переходной). Транзитивные технологии – это технологии, которые позволяют воздействовать на трехмерную материю четырехмерными энергиями и методами. Технология холодного термоядерного синтеза откроется только тем ученым, которые продвинулись в духовном развитии и смогут обеспечить неприменение его в целях нанесения вреда другим формам жизни Земли. Одна из причин, по которой получение формулы холодного термоядерного синтеза блокируется, является угроза самоуничтожения цивилизации.

В начале мая 2007 года американским ученым, возможно, удалось найти способ осуществления реакции холодного термоядерного синтеза. В авторитетном журнале Naturwissenschaften была опубликована статья, в которой говорится, что американские ученые смогли осуществить ядерную реакцию низкой энергии. Исследования проводились под руководством Александра Шпака и Памелы Мосиер-Босс из Центра космических и морских военных систем (Spawar) в Сан-Диего. В ходе экспериментов ученые подвергали воздействию магнитных и электрических полей тонкий провод, покрытый палладием. Для регистрации заряженных частиц, появлявшихся в результате реакции, использовались детекторы из пластиковой пленки CR-39. В ближайшее время результаты исследований ученых должны быть проверены независимыми специалистами. Если сторонним исследователям удастся повторить эксперимент, команда Шпака и Мосиер-Босс может получить грант на дальнейшее развитие предложенной методики.