Без света — плохо, если вы, конечно, не кот или сова… И пусть за него приходится платить всё больше, без электричества нам не обойтись!

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №14. Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Мечта энергетиков, потребителей и «гринписовцев» — дешёвое и безопасное электричество в частности и энергия в целом. К сожалению, мешает проклятая диалектика: «зелёное» электричество, получаемое из альтернативных источников (солнечные батареи, ветровые и приливные электростанции, тепловые насосы и т. п.), в несколько раз дороже, чем полученное на обычных тепловых и гидроэлектростанциях. Не хочется много платить? Тогда придётся смириться с миллионами гектаров плодородных земель, затопленных водохранилищами, сотнями тысяч тонн золы и сажи, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании органического топлива и другими издержками энергетического изобилия.

Есть ли выход из этого тупика? Есть, и даже не один! К числу самых привлекательных, хотя бы теоретически, можно отнести управляемую и продолжительную реакцию ядерного синтеза, то есть создание рукотворных звёзд. Без всяких кавычек.

В конце концов, что такое атомный реактор, как не бомба, взрыв которой сильно растянут во времени? Почему бы не попытаться повторить то же самое с водородной бомбой, в которой этот синтез и происходит?

Но пока это невозможно по нескольким причинам. Во-первых, для начала реакции слияния ядер водорода в гелий протонам нужно преодолеть потенциальный барьер электрического отталкивания (не забываем: протоны заряжены одинаково). Для этого нужно, чтобы кинетическая энергия частиц была достаточной для пробивания кулоновской «брони». Во-вторых, сильные (это не тавтология, а ещё один вид фундаментальных взаимодействий) внутриядерные силы «работают» на предельно коротких дистанциях порядка нескольких диаметров ядра.

Только два этих фактора (а есть ещё и другие) порождают необходимость доводить рабочее тело до огромных температур, давлений и плотностей. Счёт идёт на миллионы и миллионы градусов и атмосфер! Любое вещество в таком состоянии превращается в мплазму — высокоионизированный газ, который крайне тяжело поддерживать в стабильном состоянии!

Но когда инженеры и физики смогут удерживать плазменные «шнуры» в магнитных «бутылках» и организовать эффективный отвод вырабатываемого тепла, наступит эра изобилия.

Впрочем, до этого отрадного события ещё далеко, и не все ныне живущие имеют шанс попользоваться «честным» термоядерным электричеством: слишком серьёзные технические сложности предстоит преодолеть. Тяжела же ты, дорога к океану безопасной и дешёвой энергии…

Однако, если крепость не взять лобовой атакой, то, быть может, имеет смысл её обойти? Нельзя ли, пока термоядерная бомба чудесным образом не превратилась в мирный водородно-гелиевый реактор, поэкспериментировать с другими, не столь горячими, веществами? Ведь речь идёт о синтезе, то есть создании новых элементов из «кирпичиков» топлива, на языке химиков — трансмутации.

В отличие от средневековых алхимиков, искавших гипотетический «философский камень» — некую субстанцию, способную превращать металлы в золото,— нынешним учёным важнее принципиальный энергетический эффект: выделение тепла, сопровождающее мутации химических элементов. В июльском номере (за 1987 год) авторитетного журнала Scientific American сотрудник Университета Юты Стив Джонс опубликовал любопытную статью под названием «Холодный ядерный синтез».

В ней учёный обратил внимание на аномальную концентрацию изотопа He₃ в газовых вулканических выбросах. При этом обычный гелий — элемент очень стабильный (не зря он открывает группу инертных газов). Ядра гелия, также известные как альфа-частицы, можно «разбить» только при крайне высоких температурах и плотностях. Джонс предположил, что изотоп вырабатывается в глубинах Земли в результате… ядерного синтеза!

Сначала гипотеза Джонса была воспринята как совершенная чушь, ведь каждому школьнику известно, что в земных глубинах нет таких температур.

Общепринятая теория утверждает, что основной источник тепла во внутренних областях нашей планеты — радиоактивный распад, и ни о каких миллионах градусов речь идти не может.

Учёный и сам прекрасно это понимал, поэтому высказал предположение, что кулоновский барьер может «рухнуть» под воздействием высоких и сверхвысоких давлений. В таких экстремальных условиях важную роль начинают играть квантовые эффекты, в частности, запускается механизм туннелирования — произвольного проникновения частиц через потенциальные барьеры.

Слева: Мартин Флейшман — британский химик, работавший в области электрохимии. Справа: Стэнли Понс — американо-французский электрохимик

Неожиданный вывод привлёк внимание коллег, ведь британец Мартин Флейшман был личностью более чем авторитетной — профессор Саутгемптонского университета, член Королевского научного общества и бывший президент Международного общества электрохимиков. А Стэнли Понс заведовал химическим факультетом Университета Юты. Познакомившись с работой Джонса, они предложили другой механизм из области их профессиональных интересов — электрохимии, новой бурно развивающейся дисциплины. Главным действующим лицом их теории стал довольно распространённый металл — палладий, при электролизе очень интенсивно поглощающий водород. В профессиональной среде даже появился глагол to hydrogen, в переводе звучащий не очень благообразно — «наводороживать».

Флейшман и Понс решили усилить свойства палладия сильным электрическим полем, полагая, что оно поможет сильнее упаковать ядра водорода (а ещё лучше — дейтерия или трития, у них сильнее проявляются ядерные силы) в кристаллических ячейках металла и стимулировать туннелирование, создав подходящие условия для ядерного синтеза. Идею эксперимента горячо поддержал президент Университета Юты Чейз Петерсон, уверовавший в возможность «обставить» Принстон, Массачусетс и Кембридж впридачу! Шутка ли — открытие не то что века, а новое схождение прометеева огня! Поэтому Флейшман и Понс получили в своё распоряжение все возможные ресурсы, вплоть до дюжих студентов-футболистов, ежели возникнет нужда передвинуть или перенести что-то тяжёлое, и самое главное — щедрое 30‑миллионное финансирование.

Однако ничего такого супердорогого не понадобилось. Исследователи обошлись стандартным лабораторным калориметром, несколькими килограммами «тяжёлой» воды, литий-дейтериевой соли, палладия и резервным электрогенератором. Установка, позже помпезно названная «реактором холодного синтеза», скажем прямо, выглядела неказисто и больше напоминала оборудование времен Гальвани и Фарадея.

И всё же отличия были. Калориметр (теплоизолированный бак на манер термоса) был наполнен электролитом — раствором литий-дейтериевой соли в «тяжёлой» воде. Через него пропускался сильный ток, так что на электродах выделялись кислород и дейтерий. Словом, обычный электролиз, если бы не одно «но»: по утверждению исследователей, температура электролита периодически резко возрастала, причём тепловая мощность таинственной реакции в несколько раз превышала мощность источника тока!

Флейшман и Понс решили, что причина таинственных скачков температуры электролита — реакции слияния ядер дейтерия, причём при обычном давлении и комнатной температуре. А всё благодаря палладию — чем массивней был электрод, тем больше тепла выделялось!

23 марта 1989 года мировые СМИ облетел пресс-релиз Университета Юты, в котором сообщалось, что «два учёных запустили самоподдерживающуюся реакцию ядерного синтеза при комнатной температуре».

А уже знакомый нам господин Петерсон заявил, что «это эпохальное достижение, сравнимое с овладением огнём, открытием электричества и окультуриванием растений». Шутка ли: литр морской воды (точнее, содержащаяся в ней «тяжёлая вода») способен выдать столько же энергии, сколько содержится в 15 литрах бензина!

В поднявшейся газетной шумихе, в которой поучаствовал и нобелевский лауреат Джулиан Швингер, один из столпов-основателей квантовой электродинамики, едва были слышны голоса скептиков-физиков: «Палладий и дейтерий — это, конечно, замечательно, но где же нейтроны и гамма-кванты?» Дело в том, что возможных реакций ядер дейтерия (протон и нейтрон) всего три. Два дейтрона могут породить ядро гелия-4 (с выбросом излишка энергии в виде гамма-кванта), могут слиться в ядро трития (протон и два нейтрона) с выбросом лишнего нейтрона, а могут породить ядро гелия-3 (два протона и нейтрон) опять же с лишним нейтроном. Мало того — точно известна энергия лишнего нейтрона, равная 2,5 МэВ! Если такой нейтрон столкнётся с ядром дейтерия, то должен возникнуть гамма-квант с энергией 2,2 МэВ.

Профессор Флейшман, купаясь в лучах славы, бросил на весы весь свой научный авторитет. По старым связям он обратился в британский ядерный центр в Харуэлле с просьбой проверить «реактор» на предмет генерации нейтронов. Центр, оснащённый по последнему слову техники, располагал весьма чувствительными нейтронными детекторами, но они не показали ничего! И гамма-лучей соответствующей энергии тоже не было! Точно такую же «дырку от бублика» нашли и другие исследовательские коллективы, повторившие опыт Флейшмана и Понса. Среди них — сотрудники авторитетнейшего Массачусетского технологического института и ближайшие соседи, физики из того же Университета Юты.

На исходе весны ажиотаж достиг правительственных сфер. Президент Буш-старший распорядился создать экспертную группу, в которую вошёл и нобелевский лауреат, химик Гленн Сиборг. Вердикт учёных был безжалостным: «Это попытка выдать желаемое за действительное, свидетельство или научной нечистоплотности или непрофессионализма».

Вопрос был закрыт. На карьере Понса и Флейшмана поставлен жирный крест, и они не смогли «отмыться» от обвинений в профессиональной некомпетентности и жульничестве, особенно с учётом категорического отказа Флейшмана от публикации лабораторных журналов.

Однако идея «холодного синтеза» не умерла. До сих пор время от времени появляются сообщения о новых достижениях учёных. Однако, наученные горьким опытом Флейшмана и Понса, они предпочитают, в лучшем случае, осторожно оптимистичный тон, признавая, что до «океана» дешёвой энергии ещё далеко…