Публикацию подготовил С. СЛАВИН
НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ
Атомный автомобиль
В середине XX века, когда были созданы первые атомные электростанции, многие конструкторы пытались предложить проекты атомных самолетов, локомотивов, танков и даже автомобилей. Однако прижились ядерные реакторы, как известно, лишь на подлодках и ледоколах, да еще на некоторых межпланетных исследовательских аппаратах.
Сейчас, похоже, начинается новая волна интереса к атомным силовым установкам.
В 2009 году американский изобретатель Лоуренс Кулесус на выставке автомобилей Chicago Auto Show продемонстрировал концепцию атомной силовой установки для автомобиля. А инженеры компании Laser Power Systems во главе с Чарлзом Стивенсоном смогли не только разработать концепцию ядерного двигателя, но и с успехом воплотить ее в жизнь. Новый концепт получил название Cadillac World Thorium Fuel (Cadillac WTF).
В качестве топлива группа разработчиков использовала слаборадиоактивный металл торий (Thorium (Th)).
По замыслу создателей, используемые материалы и техническая начинка автомобиля позволят не заботиться о ремонте машины в течение 100 лет при ежедневной эксплуатации! Причем, по подсчетам разработчиков, грамм тория с успехом заменит около 30 тыс. литров обычного топлива. Так что всего 8 г полностью хватит владельцу автомобиля для езды на всю жизнь.
Чтобы обеспечить такую долговечность конструкции, многие ее системы и узлы многократно дублированы.
Так, концепт-кар имеет 24 колеса, каждое из которых снабжено встроенным электромотором. Такие колеса нужно будет осматривать раз в 5 лет, без необходимости замены, — уверяют разработчики.
Все основные узлы автомобиля также продублированы на случай непредвиденной поломки. Сама конструкция Cadillac WTF очень гибкая, автомобиль способен трансформироваться, обходясь без вышедших из строя узлов.
Реактор автомобиля в целях безопасности расположили в задней части концепт-кара и заключили в особую капсулу, которая, по мнению изобретателей, останется невредимой при любой аварии.
Тем не менее, авторы проекта пока не рискуют предложить свой концепт-кар для густонаселенной Европы или Америки. Ничего не сказано ими и о том, смогут ли террористы использовать автомобиль в качестве передвижной бомбы.
В заявлении для прессы лишь указано, что если «торий позитивно покажет себя в качестве источника энергии», первые атомные автомобили имеет смысл использовать в Австралии и Индии. Ведь на территории этих стран расположено около 30 % мировых залежей тория.
Схема распределения тепла в атомном автомобиле.
ПРЕМИИ
Ловушки для фотонов и ионов
Нобелевская премия по физике за 2012 год присуждена французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнлэнду «за новаторские экспериментальные методы, позволяющие измерять и контролировать отдельные квантовые частицы». Нобелевские лауреаты открыли новую эру в экспериментах по квантовой механике, показав, как можно измерять состояния отдельных частиц, не разрушая их, сообщается в пресс-релизе.
Серж Арош (вверху) и Дэвид Уайнленд — лауреаты Нобелевской премии по физике.
Дело в том, что законы классической физики, управляющие поведением макрообъектов, в мире атомов и субатомных частиц не действуют.
Здесь вступают в силу совершенно иные правила квантовой механики, противоречащие нашей привычной логике. Взять хотя бы принцип суперпозиции, согласно которому квантовые частицы с некоторой вероятностью могут одновременно находиться в двух взаимоисключающих состояниях.
Насколько все это странно с обыденной точки зрения, можно судить хотя бы на таком примере. Представьте себе ящик, в котором сидит кот. С нашей привычной точки зрения животное может находиться лишь в одном из двух взаимоисключающих состояниях: кот либо жив, либо мертв. Узнать это точно можно, открыв ящик.
А вот применительно к квантовой физике кот Шредингера, названный так по имени австрийского физика Эрвина Шредингера, придумавшего этот мысленный эксперимент, может быть с некоторой долей вероятности одновременно и жив и мертв, согласно принципу суперпозиции.
Говоря иначе, те врачи из сказки о приключениях Буратино, одни из которых говорили, что пациент скорее жив, чем мертв, и их оппоненты, утверждавшие обратное, выносили суждения, получается, как раз на основе законов квантовой механики…
Однако вернемся к нобелевским лауреатам. Одному из них — Сержу Арошу — надо было узнать, в каком именно состоянии находится фотон, посланный в некую ловушку.
Обычно фотоны используются лишь как одноразовые «посыльные» — они вылетают из источника, летят к фотодетектору и там поглощаются. Жизнь такого фотона быстротечна, его нельзя долго удерживать и изучать.
Однако Серж Арош выяснил, что удержать фотон в некоем объеме все же возможно, заставив его метаться между двумя вогнутыми зеркалами сверхвысокого качества (вогнутость зеркал не позволяет фотону уйти в сторону).
Схема ловушки с захваченными в нее ионами. Справа — зеркало для медного микроволнового резонатора со сверхпроводящим ниобиевым покрытием, обладающим рекордно высокой добротностью.
Правда, слово «метаться» не совсем точно отражает ситуацию. Когда длина световой волны сравнима с расстоянием между зеркалами, фотон уже не перемещается между зеркалами, а, как бы дрожа, замирает между ними — получается стоячая световая волна, опирающаяся на зеркала. Такая система зеркал называется резонатором.
Качество удержания фотона характеризуется добротностью резонатора Q. Это число показывает, попросту говоря, сколько раз (фотон отразится от зеркал, прежде чем каким-то образом исчезнет. Еще лет 30–40 тому назад в распоряжении физиков были резонаторы с добротностью в миллионы, а сейчас она уже достигает десятков миллиардов. В таком резонаторе микроволновой фотон будет «жить» десятые доли секунды — огромный промежуток времени для современной экспериментальной физики. За это время можно и породить фотон, и воздействовать на него, и «просканировать» его состояние.
Схема того, как возбужденный атом излучает фотон. Стандартное изображение вылетающего фотона как объекта, локализованного на атомном масштабе (вверху), дает неправильное представление о «начальных» размерах фотона. Гораздо более предпочтительней картинка, на которой фотон изображен в виде облака с размерами намного больше атомных (внизу).
В парижской лаборатории Ароша фотоны «запускали» в небольшую камеру объемом три кубических сантиметра с зеркальными стенками. Один-единственный фотон, оказавшийся в камере, мог просуществовать в ней, отражаясь от зеркал и не рискуя быть поглощенным, столько времени, что успевал пробежать в среднем 40 000 км — то есть совершить как бы кругосветное путешествие.
Столь долгое время жизни фотона позволило осуществлять с ним квантовые манипуляции, выявить его наличие в камере в те или иные моменты времени, посчитать, сколько фотонов побывало в ловушке за определенный временной промежуток.
