Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
А нельзя ли управлять термоядерным синтезом и производить энергию так же, как при расщеплении урана? Английский физик Джон Дэвид Лаусон (р. 1923) в 1957 году выработал необходимые для этого условия. Водород должен быть определенной плотности, достигнуть определенной температуры и удерживать эту температуру, не улетучиваясь в течение определенного времени. Любое снижение одного из этих параметров требует усиления одного или обоих других. С тех пор ученые в Соединенных Штатах, Великобритании и Советском Союзе пытаются добиться выполнения этих условий.
Существует три типа атомов водорода: водород-1, водород-2 и водород-3. Водород-2 называется «дейтерий», а водород-3 называется «тритий». Водород-2 синтезируется при более низкой температуре, чем водород-1, а водород-3 синтезируется при еще более низкой температуре (хотя даже самая низкая температура для синтеза в земных условиях — все же десятки миллионов градусов).
Водород-3 — это радиоактивный атом, которого почти нет в природе. Его можно произвести в лаборатории, но его можно использовать только в небольшом количестве. Водород-2 поэтому является основным топливом для синтеза, для снижения температуры синтеза добавляется немного водорода-3.
Водород-2 менее распространен, чем водород-1. Из каждых 100 000 атомов водорода только 15 являются водородом-2. Но даже при этом в одном галлоне морской воды водорода-2 присутствует столько, что они заключают в себе энергию, которую можно получить от сжигания 350 галлонов бензина. А океан (в котором два атома из каждых трех — водород) настолько обширен, что содержит столько водорода-2, что его хватит, чтобы производить энергию при существующем темпе использования на миллиарды лет.
Существует ряд параметров, по которым термоядерный синтез, как представляется, предпочтительнее ядерного расщепления. Во-первых, вес: благодаря синтезу из вещества может быть извлечено в десять раз больше энергии, чем из такого же количества вещества, подвергнутого расщеплению, и водород-2 — топливо синтеза — гораздо легче добыть, чем уран или торий, и с ним гораздо легче обращаться. Когда водород-2 подготовлен для синтеза, только микроскопическое его количество будет использоваться в какой-то один момент, так что даже если синтез выйдет из-под контроля и весь синтезируемый материал вступит в реакцию сразу, то результатом будет лишь небольшой взрыв, недостаточный даже для того, чтобы его заметить. Кроме того, водородный синтез не производит радиоактивных отходов. Его основной продукт — гелий, наименее опасное из известных веществ. В ходе синтеза производятся водород-3 и нейтроны — они опасны. Однако они производятся в незначительных количествах и могут быть переработаны и использованы в ходе дальнейшего синтеза.
Словом, термоядерный синтез представляется во всех отношениях идеальным источником энергии, все дело лишь в том, что пока у нас его нет. Несмотря на годы попыток ученых, пока нет достаточного количества водорода, при достаточно высокой температуре, на протяжении достаточно длительного времени, чтобы произвести управляемый синтез.
Ученые подходят к проблеме с нескольких направлений. Сильные, точно установленные магнитные поля удерживают заряженные частицы на месте, в то время как температура медленно повышается. Или же температура повышается очень быстро, но не с помощью бомб расщепления, а при помощи лазерного луча или пучка электронных лучей. Представляется вероятным, что в течение 80-х годов один из этих методов сработает или, возможно, все три, и этот управляемый синтез станет фактом. Тогда потребуется, может быть, несколько десятилетий для того, чтобы построить большие силовые установки синтеза, которые существенным образом удовлетворят потребности человека в энергии.
Однако оставим водородный синтез, есть еще один источник энергии, который безопасен и вечен, и это — солнечная радиация. Два процента энергии солнечно го света поддерживают фотосинтез всей растительной жизни на Земле, и благодаря этому — жизнь животных. Остальная энергия солнечного света по крайней мере в десять тысяч раз больше потребности человечества в энергии. Эта основная часть солнечной энергии далеко не бесполезна. Она испаряет океан и поэтому производит дождь, стекающую воду и в целом запас пресной воды на Земле. Она поддерживает океанские течения и создает ветры. Она нагревает в целом Землю и делает ее обитаемой.
Тем не менее нет причин, почему бы вначале людям не использовать солнечную энергию. Когда мы используем чистый результат того, что солнечная радиация превращается в тепло, ничего не теряется. Это все равно, как вступить под водопад: вода все равно будет падать до уровня земли и двигаться вниз по течению, а мы лишь временно приостанавливаем ее для того, чтобы помыться и освежиться.
Конечно, основной недостаток солнечной энергии в том, что хотя она обильна, она в то же время ослаблена. Она очень тонко распределяется по большой площади, и собрать ее и использовать нелегко.
В небольших масштабах солнечная энергия использовалась давно. Южные окна зимой впускают солнечный свет и относительно непрозрачны для обратной радиации инфракрасного света, так что дом обогревается благодаря парниковому эффекту, и ему требуется меньше топлива.
Многое можно сделать подобным образом. Канистры с водой на южных склонах крыш (на северных склонах в южном полушарии) могут поглощать солнечное тепло и вечно снабжать дом теплой водой. Это также можно использовать для обогрева дома в целом или для кондиционирования воздуха летом. Или солнечная радиация может быть прямо преобразована в электричество, нужно только выставить на солнечный свет солнечные батареи.
Конечно, солнечный свет доступен не все время. Его нет ночью, и даже в течение дня облака могут ослабить его до бесполезного уровня. Бывают также моменты, когда в различное время дня дом может быть затенен другими домами или природными объектами, такими, как холмы и деревья. Нет также достаточно хороших способов аккумуляции солнечной энергии в течение периодов яркости для ее использования в темное время.
Если предпочтительнее солнечную энергию направить на службу миру, а не на обслуживание отдельных домов, тогда необходимо покрыть десятки тысяч квадратных миль пустынь солнечными батареями. Но установить их и следить за ними — дорогое удовольствие.
Однако есть возможность собирать солнечную энергию не с поверхности Земли, а в близлежащем космосе. Обширный банк солнечных батарей, помещенных на орбиту в экваториальной плоскости примерно в 33 000 километрах (По уточненным данным, порядка 36 000 километров) от поверхности Земли, будет обращаться вокруг Земли за двадцать четыре часа — это «синхронная орбита», и космическая станция будет казаться с Земли неподвижной.
Такой банк солнечных батарей будет получать полный спектр солнечной радиации без каких-либо помех атмосферы. Он будет в тени только 2 процента времени в течение года,
