Уильям Лоуренс - Люди и атомы

• Название: Люди и атомы
• Автор: Уильям Лоуренс
• Жанр: Прочая научная литература

Автор —физик, журналист и редактор по вопросам науки газеты «Нью-Йорк тайме» — Уильям Лоуренс рассказывает об открытии расщепления ядер урана, повествует о начале атомного века, описывает историю создания атомного оружия в США. Он останавливается и на перспективах мирного использования ядерной энергии.

Живо и интересно рассказывает Лоуренс о ядерно-физических исследованиях крупнейших ученых мира: итальянца Э. Ферми, датчанина Н. Бора, француженки И. Жолио-Кюри и других физиков, внесших значительный вклад в использование атомной энергии. Параллельно автор популярно излагает основные принципы экспериментальных физических исследований.

Книга интересна и полезна самому широкому кругу читателей.

---

В июне 1958 г. КАЭ объявила о начале практических исследований группой ученых целесообразности создания гавани в северо-западной части Аляски между мысами Сеппингс и Томпсон, севернее Полярного круга. Указывалось, что отсутствие гавани сдерживает освоение огромных запасов полезных ископаемых и ловлю рыбы в этом районе.

В то время ученые Ливерморской лаборатории полагали, что четыре тщательно направленных взрыва водородных бомб создадут гавань глубиной 90 метров и канал, который откроет доступ в закрытую льдами Северную Аляску. Доктор Джеральд Джонсон, заместитель

* «Плаушер» по-английски — плуг, орало,— Прим, перев.

директора лаборатории, заявил, что земляные работы «обойдутся в десять раз дешевле обычных методов».

В 1958 г. в задачи «Проекта Плаушер» входило следующее.

1.Освоение нефтяных месторождений. Подземный водородный взрыв, произведенный в районе нефтеносных песков, выделит такое огромное количество тепла, что заставит фонтанировать содержащуюся в них густую нефть. Одно такое месторождение тяжелых фракций нефти в районе озера Атабаска с толщиной нефтеносного слоя 30,5^ метра оценивается в сорок миллионов долларов на каждый квадратный километр.

Другим богатым источником нефти являются сланцевые формации. До настоящего времени использование этих месторождений считалось нерентабельным из-за высокой стоимости разработки сланца, нагревания его для извлечения нефти и последующего удаления пустой породы.

Подземный взрыв водородной бомбы в районе расположения нефтеносных сланцев разогреет породу, выделит нефть для перекачки и позволит избавиться от необходимости решать сложную проблему устранения пустой породы.

2.Создание водных запасов. Ученые, работающие над осуществлением «Проекта Плаушер», считают, что в бесплодных районах, где осадки не проникают в почву из-за наличия водонепроницаемых скальных пород, подземный водородный взрыв может разрушить эти породы и позволит воде проникнуть в землю, где она будет скапливаться в огромных подземных резервуарах. Доктор Гарольд Браун, другой заместитель директора Ливермор- ской лаборатории, заявил, что взрыв мощностью в одну мегатонну (эквивалентен 1 миллиону тонн тротила) может сокрушить достаточное количество скальных пород, чтобы создать резервуар для 300 миллиардов литров воды.

3.Создание резервуаров тепла. Ученые отмечают, что при подземном взрыве водородной бомбы выделяется огромное количество тепла. Это тепло можно сохранять в больших подземных пещерах, предварительно заполненных водой. Тепло будут извлекать из пара. Можно также извлекать тепло из скальных пород, разрушенных взрывом, продувая через эти породы газ.Используя тепло, выделяемое при взрыве водородной бомбы, можно также решить проблему опреснения большого количества морской воды.

4.Использование бедных пород. Существует возможность экономичного использования бедных пород при помощи так называемого процесса выщелачивания. Произведя подземный водородный взрыв, можно добраться до недоступных залежей руды, например медной, и вывести на поверхность породы выщелачивающую жидкость с растворимыми соединениями ценных минералов.

5.Производство радиоактивных изотопов. С помощью подземных ядерных взрывов можно получать огромное количество радиоактивных изотопов, если применять подходящие материалы для «окутывания». В настоящее время в ядерных реакторах производятся такие изотопы в небольших количествах, достаточных для удовлетворения насущных потребностей медицины, биологии, сельского хозяйства и промышленности. Подземные взрывы позволят создавать их в таком количестве, что они станут дополнительным источником энергии.

Хотя большинство идей «Проекта Плаушер» выглядит привлекательно с теоретической точки зрения, существует необходимость найти им экспериментальное подтверждение, заявил доктор Браун. Однако, добавил он, даже если одна из этих идей окажется реальной, она даст прибыль во много миллиардов долларов. Запасы тяжелого водорода, применяемого в водородных бомбах, практически неистощимы, так как он содержится во всех водах и сравнительно дешев.

Прежде чем воплотить эти идеи в жизнь, надо разрешить целый ряд сложных проблем. Как сказал доктор Эдвард Теллер, «Проектом Плаушер» пытаются установить, что является просто теорией, а что можно претворить в жизнь». Хотя осуществление «Проекта Плаушер» не является основной задачей лаборатории, ученые считают, что у него большое будущее.

На Второй международной конференции по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся в Женеве в сентябре 1958 г., ведущие ученые в области термоядерных процессов из Соединенных Штатов, Англии и Советского Союза сообщили о значительном прогрессе, достигнутом в исследованиях по применению реакции ядер- ного синтеза (которая используется при взрыве водородных бомб) в контролируемом процессе. Эта реакция сможет обеспечить человечество практически неограниченным источником энергии более чем на миллиард лет*. В докладах, которые были самыми обстоятельными из всех представленных до настоящего времени этими тремя странами, сообщалось, что обуздание водородной, бомбы является лишь вопросом времени.

В простейшей форме реакция водородного синтеза, известная на техническом языке как термоядерная реакция,— это слияние четырех ядер обычного водорода, самого легкого элемента в природе, в одно ядро гелия, атомный вес которого немногим меньше атомного веса четырех атомов водорода. Именно этот процесс лежит в основе непрерывного выделения Солнцем огромного количества энергии в виде тепла и света, что делает возможным жизнь на нашей планете.

Когда четыре ядра атомов водорода сливаются и образуют одно ядро гелия, небольшое количество массы ядра водорода (0,7%) превращается в энергию. Этот процесс в грандиозных масштабах происходит на Солнце, где ежесекундно 600 миллионов тонн водорода синтезируются в 596 миллионов тонн гелия.

Процесс синтеза легкого водорода на Солнце происходит в течение цикла, продолжающегося миллионы лет, поэтому использовать легкую разновидность водорода в земных условиях, при которых реакция должна происходить в течение секунд, невозможно. На нашей планете можно использовать водород, состоящий из тяжелых изотопов этого элемента — дейтерия и трития. Огромное количество дейтерия содержится в океанах планеты. Тритий в природе не существует, но его можно получить искусственно из легкого элемента — лития.

Однако на пути синтезирования ядер дейтерия или смеси дейтерия и трития стоят два препятствия, которые мешают производству электричества в промышленных масштабах. Первое — огромная температура, необходимая для осуществления реакции синтеза, и второе — проблема создания сосуда, который мог бы содержать газообразный водород после того, как он доведен до требуемой температуры.

Более того, горение водородного огня, выделяющего больше энергии, чем требуется для его поддержания, должно происходить самопроизвольно, так же как обычный уголь или дрова продолжают гореть сами по себе, после того как их подожгут.

Чтобы зажечь дейтериевый огонь, требуется температура 370 млн.°С, т. е. в 12—18 раз больше температуры в недрах Солнца. Чтобы разжечь костер из смеси дейтерия и трития, который горел бы сам по себе, необходима более низкая температура — около 50 млн.°С. Однако тритий является дорогостоящим элементом, так как в свободном виде в природе он не существует и его количество зависит от запасов лития в земной коре, которые весьма ограниченны.

Непреодолимой трудностью на пути создания миниатюрного солнца на Земле является обязательное условие получения необыкновенно высоких температур. Высокая температура в водородной бомбе сохраняется в течение миллионной доли секунды; этого достаточно, чтобы придать термоядерной реакции скорость взрыва, однако совершенно недостаточно, чтобы осуществить регулируемую реакцию при постоянной скорости. Даже если такая температура и будет достигнута, на Земле не существует такого материала, который бы немедленно не испарился при температуре, превышающей 6000°С.

Так как из земных материалов невозможно создать какой-либо подходящий контейнер для хранения газообразного водорода при температуре синтеза, ученые изобрели сосуд, называемый магнитной бутылкой*. В нем силовые магнитные линии, действующие на расстоянии, буквально сжимают газообразный дейтерий (его температура достигает нескольких миллионов градусов) в очень узкий луч, после того как через газ был пропущен электрический ток.

Действие магнитной бутылки основано на трех хорошо известных фактах: 1) газ, например водород, может быть разделен на отрицательные электроны и положительные протоны с помощью электрического разряда. Такой ионизованный газ называется плазмой; 2) электрический ток, пропущенный через ионизованный газ, поднимает его температуру; чем больше ток, тем выше температура. Это дает возможность достичь температуры во много миллионов градусов; 3) наконец, такой ионизованный газ можно превратить в очень узкий луч