Сегодня главное внимание физиков-термоядерщиков сосредоточено на токамаках, как на наиболее перспективных установках. Но это вовсе не значит, что для осуществления управляемого термоядерного синтеза нет других путей. Токамак — установка, в которой реакции протекают спокойно, как на Солнце. А ведь можно себе представить и использование созидающего взрыва. Взрыва, контролируемого человеком. Взрыва, надежно запряженного в работу, как это сделано, например, в двигателях внутреннего сгорания…
И вот уже ученые обсуждают идею микровзрывов — серии коротких импульсов от крохотных водородных «бомбочек», подожженных лазерным лучом. Эта идея тоже родилась в нашей стране. Ее высказали академик Н. Г. Басов — один из создателей лазера — и доктор физико-математических наук О. Н. Крохин.
Первая в мире термоядерная установка со сверхпроводящими магнитами «Токамак-7».
Есть, между прочим, и другие идеи. Их немало. Нужно только помнить, что даже простая проверка каждой из них — большая работа коллектива, стоящая огромных затрат. Достаточно сказать, что простой старый добрый токамак при работе потребляет в импульсе столько электричества, сколько нужно целому городу.
Наверное, прочитав эту главу, читатель непременно задаст вопрос: «Так когда же? Когда будут построены первые термоядерные реакторы для электростанций, ведь с начала работы над плазмой уже сменилось целое поколение?»
Предсказания в науке — самое неблагодарное дело. Но если есть вопрос, требуется и ответ. Давайте же за ним обратимся к высказыванию главы советской школы термоядерной физики Льва Андреевича Арцимовича.
В статье «Плазма и термоядерный синтез», написанной им совместно с В. Д. Новиковым для Детской энциклопедии, он говорил: «Термоядерная энергия будет получена тогда, когда она станет необходимой человечеству».
Ну а пришла ли эта необходимость — решать нам с вами. Ведь сегодня человечество — это мы!
МГД
Есть еще несколько способов получения электроэнергии, мимо которых просто невозможно пройти. Я имею в виду методы прямого преобразования энергии. То есть такие способы, при которых из классической цепи «тепло — механическая энергия — электричество» среднее звено исключается. Сюда можно отнести не только получение электроэнергии из тепловой и из химической энергии, например в топливных элементах, но также известные нам способы получения электроэнергии из солнечного света, из электромагнитного излучения нашего светила…
Но, как и обещает заголовок раздела, прежде — магнитогидродинамический метод. Суть его такова: топливо, сгорая при достаточно высокой температуре (не меньше 2500 °C), дает газы, как мы уже знаем, в состоянии частично ионизованной плазмы. Следовательно, газ становится электропроводящим. Если же к плазме добавить еще какое-нибудь легко ионизирующееся вещество, ну хотя бы какой-нибудь из щелочных металлов (калий, натрий или цезий), то электропроводность ее еще возрастет.
Теперь представьте себе, что мы стали продувать эту плазму через мощное магнитное поле. Естественно, что в ней немедленно появится электрический ток. Если при этом к стенкам канала, по которому сквозь магнитные силовые линии мчится наша плазма, приделать электроды, замкнутые на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток…
В принципе работа МГД-генератора не отличается от классической схемы генератора Фарадея. Только в электромеханическом генераторе проводником служит обмотка ротора, а в МГД-генераторе — поток подогретой плазмы. Электрический ток в плазме, взаимодействуя с магнитным полем, тормозит движение плазмы. И ее кинетическая энергия превращается в тепловую.
Ну а чем же МГД-генератор лучше? Пожалуй, главное его преимущество — более высокий КПД. В зависимости от технического решения он может превышать на десять, а то и на двадцать процентов коэффициент полезного действия самых лучших и экономичных тепловых электростанций.
Кроме того, вы ведь, наверное, заметили, что в схеме МГД-генератора нет движущихся частей, на которые воздействовала бы высокая температура. Это очень важно. Ведь чем выше начальная температура рабочего тела в тепловом двигателе, в турбине, тем выше опять же КПД. Но лопатки турбин больше чем 540 °C не выдерживают. А тут — 2600 °C!
Правда, не очень пока понятно, из чего делать канал МГД-генератора. Где взять материалы, которые выдержали бы такую температуру? Ну, во-первых, кое-что в запасе у инженеров все-таки есть. А во-вторых, стенки канала можно и должно охлаждать. Ведь поливать водой неподвижную трубу — совсем не то что охлаждать таким способом бешено вращающиеся части в турбине…
Советская установка «Памир-1» с МГД-генератором на геофизическом полигоне.
Пока на пути к созданию промышленного образца МГД-генератора взяты далеко не все барьеры, обойдены не все препятствия. Тут и надежность материалов, и проблема создания на всем протяжении плазменного канала (а это метров двадцать) магнитного поля большой интенсивности — около 5–6 тесла (или 50–60 тысяч гаусс).
МГД-генератор даст нам постоянный ток. Естественно, что для широкого использования его придется превращать в переменный, что тоже не так-то просто. И все же, несмотря на трудности, в Советском Союзе, в полном соответствии со специально разработанной программой, уже начато сооружение первого в мире промышленного МГД-энергоблока электрической мощностью на 500 тысяч киловатт, который будет работать на природном газе. Одновременно ученые ведут исследование МГД-установок, способных работать на угле. И есть предположение, что в дальнейшем МГД-генерато-ры можно будет устанавливать на атомных электростанциях. Атомный реактор будет служить вместо или в качестве камеры сгорания. А рабочим телом явится какой-нибудь легко ионизирующийся газ. Может быть, это будет гелий, который станет двигаться по замкнутому контуру. Вы скажете: «Это все пока проекты… А где синица в руки?» Ну что же — вот вам тогда и синица.
Два года назад довелось мне побывать на Кольской сверхглубокой скважине, неподалеку от города Заполярный. Это была очень интересная поездка, знакомство с первопроходчиками «подземного космоса», людьми, которые первыми во всем мире заглянули на глубины в двенадцать километров. Мировая практика пока не знает таких скважин.
Не зря участники международного геологического конгресса, проходившего в Москве в 1984 году, единодушно высказали единственную просьбу — побывать на уникальном сооружении и познакомиться с чудом XX века, созданным руками советских ученых, инженеров и рабочих.
Однако, если вы посмотрите в энциклопедию, то обнаружите, что средний радиус Земли 6371,032 километра. Глубина Кольской сверхглубокой — 12 километров. Ощущаете разницу?.. Изучение глубоких недр пока доступно только лишь косвенными геофизическими методами. И надо сказать, что в арсеналах науки о Земле такие методы имеются. Одни из них — сейсмический и гравиметрический — довольно хорошо известны широкому читателю. Другие — электромагнитные — знакомы меньше. Но именно о них-то и пойдет дальше речь. Заключается электромагнитный метод исследования недр в том, что, создавая на поверхности Земли электрическое поле, геофизики индуцируют электрические токи во внутренних проводящих слоях Земли. Эти токи создают собственное поле, которое и улавливается специальными датчиками на поверхности. Понятно, что токи в недрах, а следовательно, и их поля зависят от электропроводности слоев.
И такие измерения как бы просвечивают Землю, выдавая информацию о состоянии залегающих в глубине пород.
Разработанные методы электромагнитного зондирования, к сожалению, тоже позволяли исследовать глубины Земли лишь на несколько километров. Не хватало мощности передвижных генераторов — источников электроэнергии.
Но вот Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова разработал мощные импульсные МГД-генераторы, развивающие в импульсах мощность до 80-100 тысяч киловатт. На перешейке полуострова Рыбачий в Баренцевом море собрали установку из двух спаренных пороховых ракетных двигателей, преобразующих энергию плазмы в электрический ток. Рядом стояли батареи начального возбуждения. Они посылали ток большой силы в катушки соленоидов, расположенных сверху и снизу плазменного канала. Возникающее при этом мощное поперечное магнитное поле тормозит поток плазмы и создает электродвижущую силу. При этом с токосъемников плазменного канала ток шел по толстому алюминиевому кабелю, стекал в море и… дальше по толще морской воды огибал полуостров, чтобы поймать второй конец алюминиевого кабеля.
