СЕМЬ ИСКУССТВ

Но постепенно оптимизм, порождаемый такими всплесками, таял. Непредвзятый наблюдатель все отчетливей видел, что ситуация заходит в тупик. Эволюция термоядерных установок в сторону их укрупнения не сопровождалась качественным приближением к заветной цели, а скорее способствовала выявлению недостаточно учитывавшихся ранее трудностей. Раздражали излишне оптимистические обещания на высшем уровне и в околонаучной печати.

[Дебют]Сергей Яковленко

ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — “ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ”?

Предисловие Игоря Рейфа

Игорь Рейф

Об авторе этой статьи
Не будучи специалистом и вообще находясь не в ладах с точными науками, я всегда ощущал крупность этого человека, будь то его профессиональная сфера или какая-нибудь злободневная политическая проблема. И за всем, о чем бы он ни говорил, чувствовалась его собственная, выношенная позиция, которую он умел отстаивать даже перед такими зубрами, как академик М.А. Леонтович, спорить с которым, учитывая его взрывной характер, было небезопасно (см. об этом его воспоминания «Учёный. Учитель. Гражданин» — Академик М.А. Леонтович, М. «Наука», 2003, с. 333-337).
Но и сам он умел ценить человеческий размер, честность и научную глубину своих старших коллег и всегда отдавал должное своим наставникам, с которыми свела его судьба. Один из них — рано умерший Лев Гудзенко, физик-теоретик с трудной судьбой, сдружившийся со своим юным учеником — тогда студентом-четверокурсником — стал для него как бы пожизненным маяком, и он сделал все от него зависящее для увековечения его памяти. А когда того не стало, забросил все свои текущие дела, даже отложил на год защиту докторской диссертации, чтобы издать том его незавершенных трудов (см. «Примечания к судьбе физика» https://berkovich-zametki.com/2009/Zametki/Nomer19/Rejf1.php).
Предлагаемая ниже статья «Термоядерная электростанция — “вечный двигатель”», касающаяся одной из злободневнейших проблем современной физики, также во многом характеризует Яковленко как человека и как ученого. В особенности потому, что она затрагивает амбиции некоторых авторитетов, сделавших ставку на эту «лошадку». Но Яковленко никогда не боялся идти против течения, и думаю, читатель оценит его мужество и его прямую, нелицеприятную манеру, тем более что статья эта написана живым и доступным языком, позволяющим даже неподготовленному читателю разобраться в тонкостях поднимаемой в ней проблемы.

Игорь Рейф

***

Сергей Яковленко

Мне хотелось бы поделиться с читателем результатами своих многолетних наблюдений за развитием исследований по так называемому управляемому термоядерному синтезу. Я готов к резкой критике. Думаю, что будут обвинения, особенно от тех, кому выгодно бесконечно долго искать черную кошку в темной комнате, даже если кошки там нет. Но должен же кто-то когда-нибудь прямо и публично высказать давно зародившиеся сомнения.

На чем основана уверенность в успехе термояда?
Сейчас сложно представить обстановку пятидесятых — шестидесятых годов. Это был не недавний застой и не современная моральная деградация. Мы
переживали период душевного подъема. В значительной мере он объяснялся недавними победами. На основе только что открытых и даже в чем-то не до конца осознанных законов физики, непривычных для обыденного сознания, в короткий срок были созданы принципиально новые устройства: ядерные реакторы, ядерные и термоядерные бомбы. Государства ассигновали на исследования небывалые для научных разработок средства, мобилизовали лучших специалистов. И усилия не пропали даром. У нашей страны оснований для гордости было, пожалуй, больше, чем у Америки, поскольку мы добились своих успехов в ходе восстановления хозяйства после небывалых по жестокости разрушений, произведенных войной…
Вот в такой обстановке всеобщей эйфории начинался поиск путей использования термоядерных реакций. Проблема сильно стимулировала развитие научных идей в различных областях физики, прежде всего — физики плазмы. В пятидесятые годы она привлекала наиболее активную молодежь, над проблемой нагрева и удержания плазмы задумывались крупнейшие ученые. В исследованиях царил дух истинного творчества, радостной увлеченности научными идеями.
Тогда, в начале пятидесятых годов, ученые-атомщики и пообещали человечеству неиссякаемый источник энергии — термоядерную электростанцию.
Шли годы. Почти каждую пятилетку говорилось о радикальных продвижениях, намечались новые рубежи и давались обещания осуществить физический пуск
термоядерного устройства в ближайшем десятилетии. Сейчас по-прежнему считают, что к проблеме производства термоядерной энергии подошли вплотную, но срок предполагаемого запуска первой демонстрационной электростанции отодвинут на 2025 год, а к 2040 году планируют внедрение промышленных термоядерных электростанций. На чем основано мнение, что нет принципиальных препятствий в достижении технического успеха? Поясню кратко суть дела.
Легкие ядра атомов могут сливаться в более тяжелое ядро с выделением энергии. По сравнению с энергией химических реакций ядерная энергия очень велика. Например, при слиянии (синтезе) тяжелого и сверхтяжелого ядер водорода (дейтерия с тритием) она в несколько миллионов раз больше, чем при окислении углерода (сгорании угля). Если осуществить синтез всего тяжелого водорода из воды в обычной луже объемом несколько литров мы получим примерно такую же энергию, как от сжигания десяти тонн нефти.
В Мировом океане воды очень много, соответственно, и запасы ядерной
энергии практически неисчерпаемы. Их должно хватить, по мнению одного из
героев фильма “Девять дней одного года”, даже на построение коммунизма.
Нужно только преодолеть, хотя и большие, но все же непринципиальные трудности.
В чем их суть? Да в том, что слияние ядер происходит сколько-нибудь эффективно лишь при очень высокой температуре среды. Такого порядка температура — примерно двести миллионов градусов — имеет место во внутренних областях звезд, в частности Солнца, а также в центре ядерного взрыва. В лабораторных условиях нагреть среду до требуемой величины очень сложно.
Однако нет таких задач, за которые не взялись бы ученые в наш просвещенный век. Согласно принятой, но не очень внятной терминологии, в звездах и термоядерных бомбах осуществляются так называемые неуправляемые термоядерные реакции. Задача, состоит в осуществлении управляемых термоядерных реакций, которые должны протекать в термоядерном реакторе. Свое
оптимистическое кредо физики сформулировали так: “Природа может расположить на пути решения проблемы лишь ограниченное число трудностей, и когда человеку, благодаря непрерывному проявлению творческой активности, удастся их преодолеть, она уже не в состоянии будет изобрести новые. Неизвестно лишь, насколько затянется этот процесс”.
Иными словами, уверенность в осуществимости термоядерного реактора базируется, во-первых, на энергетических соображениях, из которых следует огромная величина ядерной энергии, запасенной в Мировом океане; во-вторых, на предположении, что прототипы таких реакторов существуют — это звезды и термоядерные бомбы.

Взлет и падение термоядерных исследований
Здесь нет возможности сколько-нибудь серьезно останавливаться на сути научных проблем. Отмечу только одну, основную задачу, на решение которой сейчас направлены все усилия. В самом начале исследований было ясно, что недостаточно нагреть газ до двухсот миллионов градусов. Необходимо еще и продержать образовавшуюся плазму при высокой температуре заметное время.
За этот период должна выделиться в достаточном количестве ядерная энергия, чтобы покрыть энергетические расходы на нагрев и удержание плазмы. В итоге возникает жесткое требование: произведение плотности плазмы на время ее удержания должно быть больше некоторой труднодостижимой величины. (Это требование называют критерием зажигания управляемого термояда.) Чем более разрежена плазма, тем дольше надо удерживать ее при высокой температуре.
Успех термоядерных исследований сейчас измеряется тем, насколько близки параметры плазмы соответствующей установки к критерию зажигания.
Пути к получению нужной плазмы и ее удержанию предлагались разные:
термоизоляция магнитными полями, сжатие магнитными полями, импульсный ввод энергии электронными или ионными пучками, а также с помощью сверхмощных лазеров и многое другое. Создавались различные установки, между которыми возникала острая конкурентная борьба.
На термоядерную проблему отпускали, как правило, намного больше денег, чем на другие фундаментальные исследования, но не столько, сколько хотелось бы физикам-термоядерщикам. Вот почему некоторые направления исследований прекращали свое существование или замораживались, а строились те установки, которые считались перспективными.
Особое место в развитии термоядерных исследований занимают токамаки. Этот термин образован от начальных букв слов: тороидальная камера, магнитная катушка. В токамаках плазма (она довольно хорошо проводит электрический ток) представляет собой кольцевой виток как бы второй обмотки большого трансформатора. По первой обмотке пропускают мощный импульс тока от внешнего источника. Во второй обмотке, то есть в плазме, возникает разогревающий ее ток. Плазменный виток расположен внутри замкнутой тороидальной катушки — соленоида. Магнитное поле этого соленоида стабилизирует плазму, то есть не дает ей выплеснуться на стенки. Сейчас используют и дополнительные методы нагрева плазмы, — например, в нее вводят пучки быстрых нейтральных частиц.
Токамак — одно из самых простых в принципе устройств, но с его помощью достигнуты рекордные параметры плазмы. Имеются проекты энергетических термоядерных реакторов на его основе. Идея этого устройства, первые научно-технические разработки и экспериментальные результаты, убедившие мировую научную общественность в преимуществах токамаков — все это достижения советских ученых. И понятно ревнивое отношение нынешних наших “токамачников” к тому, что американцы, включившиеся в гонку значительно позднее, уже давно и намного обошли нас по размерам и научно-техническому оснащению установок.
Однако это, на мой взгляд, не оправдывает стратегических ошибок. В конкурентной борьбе ставка была сделана не на ум (научную изобретательность), а на силу мышц (увеличение капиталовложений в такие же установки), причем в состязании с Америкой — противником более высокой весовой категории…
В 1969 году, поступив после окончания МИФИ в аспирантуру Института атомной энергии имени И.В. Курчатова, я еще застал отголоски прошлой героической поры. И хотя непосредственно термоядерными исследованиями тогда не занимался, все же, находясь в теоретическом секторе Отдела плазменных исследований, имел прекрасную возможность наблюдать ситуацию изнутри.
Творческий интерес к этим исследованиям увядал на моих глазах. Увядал, несмотря на то, что количество публикаций возрастало, как возрастали размеры и стоимость строящихся термоядерных установок. Спад проявлялся, в частности, в том, что активных ученых начальству приходилось, в буквальном смысле слова, заставлять заниматься проблемами токамаков.
Кто хоть раз в жизни прикоснулся к настоящей научной работе, поймет,что заставить заниматься деятельностью, требующей творческих усилий, невозможно. Нельзя испытывать муки и радости творчества по приказу. Потеря же интереса со стороны творческих людей часто бывает индикатором вырождения и предвестником катастрофы тематики. Активные ученые внутренним чутьем угадывают приближение такой катастрофы (как животные — надвигающееся землетрясение) и стараются не участвовать в работе, не дающей удовлетворения.
Нельзя сказать, что падение интереса носило полностью монотонный характер. Бывали и всплески. Наиболее сильные, например, в начале семидесятых — связаны с различными предложениями: использовать для поджига термоядерной реакции мощное лазерное излучение, Заметно активизировалась научная и научно-популярная печать в начале восьмидесятых после сообщения американцев о достижении в плазме токамаков температуры от пятидесяти до восьмидесяти миллионов градусов.
Но постепенно оптимизм, порождаемый такими всплесками, таял. Непредвзятый наблюдатель все отчетливей видел, что ситуация заходит в тупик.
Эволюция термоядерных установок в сторону их укрупнения не сопровождалась качественным приближением к заветной цели, а скорее способствовала выявлению недостаточно учитывавшихся ранее трудностей. Раздражали излишне оптимистические обещания на высшем уровне и в околонаучной печати. Например, в конце шестидесятых в проект решений одного из съездов КПСС был включен пункт о физическом запуске управляемых термоядерных реакций в ближайшей пятилетке (из решений съезда, его потом, слава Богу, убрали). Настораживало и нервозное отношение научного начальства к редко, но высказывавшимся сомнениям в том, что заветная цель близка.
Научные верхи изрекли буквально следующую сентенцию: когда горит дом (мы отстаем от американцев), то его жители тушат пожар (интенсифицируют строительство токамака), а не занимаются выявлением причин возникновения пожара (не обсуждают перспективность термоядерной энергетики). Слова стали руководством к действию.
Это, возможно, было бы не совсем плохо, если бы научную часть работы удалось как-то завершить в принципиальном плане. В таком случае физики занялись бы другими задачами, а инженеры стали бы строить термоядерные установки с уверенностью, что те будут работать. Но, увы… При любой попытке рассмотреть конкретную, а не идеализированную задачу возникали непредусмотренные трудности. К их появлению апологеты токамака относились неприязненно, примерно так же, как в свое время лысенковцы — к новым фактам в пользу генного механизма наследственности.
Это я знаю на личном опыте. В конце семидесятых, чтобы заработать право на защиту докторской диссертации по нетермоядерной тематике, мне пришлось заняться некоторыми задачами, связанными с токамаками. Когда в результате исследований были предсказаны некоторые неприятные неучтенные эффекты, к данным вопросам меня больше не привлекали и позволили защититься по своей теме (о чем, по-видимому, пожалеют, прочитав эту статью).
Самыми же печальными стали изменения в стиле и характере работы над проблемой. Прежде всего, инженерное строительство в прямом смысле слова начало вытеснять научные эксперименты. Во имя строительства большого токамака, не обещающего новых по сравнению с американскими результатов, разрушили или оставили в проектах небольшие экспериментальные установки
другого типа. Эти установки, хотя и не претендовали на зажигание термояда, но
новые научные результаты регулярно давали.
Кроме того, технические расчеты подменили рассмотрение физико-теоретических задач принципиального характера. Научное руководство высказывало мысль, что для решения термоядерной проблемы инженеры уже нужнее, чем ученые. И одновременно теоретиков постоянно обвиняли в том, что они недостаточно интенсивно работают над термоядерными исследованиями. Под последними имелись в виду, конечно, лишь “токамачные” задачи.
Создавалось впечатление, что руководители термоядерных исследований, как Ходжа Насреддин, взявшийся обучить ишака Корану, намерены пережить своих эмиров и не отвечать за деньги, полученные на эксперимент. Кажется, это удалось. Но итог печален. Ведь такие действия отравляют интеллектуальную “среду обитания” ученого. Вред, конечно, сложно выразить материально, как сложно оценить, например, экологические потери от вымирания того или иного-вида животных. Однако ясно, что вред достаточно велик.
В ходе длительных трудоемких исследований крайне опасна безоглядная вера в предначертания классиков. Нужна периодическая проверка научных основ. Нельзя заранее нетерпимо относиться и к мысли о том, что выбранный путь может оказаться ошибочным, а конечная цель исследований недостижимой. Обстановка, в которой никто не осмеливается громко говорить об этом и даже серьезно думать, рано или поздно должна привести к провалу. Очень похоже, что к такому провалу движутся современные традиционные термоядерные исследования.

Закон сохранения энергии и вечный двигатель
А не стоит ли перепроверить исходный тезис об очевидной осуществимости термоядерного реактора на основе, например, токамака? Возможно, есть принципиальные физические ограничения, которые и порождают постоянно увеличивающиеся технические трудности? Обсудим несколько комичную, но вполне вероятную ситуацию….
Всем известно, что создание вечного двигателя невозможно. Нельзя нарушить закон сохранения энергии. Энергия может переходить из одной формы в другую, но не может возникать из ничего или пропадать в никуда. Но представим, себе человека, который закона сохранения энергии не знает или не желает обращать на него внимания, поскольку очень хочет иметь вечный двигатель.
Предположим, что упрямец построил установку, дающую электричество от генератора, вращаемого падающей водой. От вырабатываемого электричества приводится в движение насос. Он поднимает воду на высоту, падая с которой, она вращает ротор генератора. Сделав такую установку, горе-исследователь убеждается, что она не только не производит полезной работы, но просто останавливается сразу же после запуска. Однако у нашего исследователя желание превозмогает рассудок.
Он улучшает установку. Уменьшает почти до нуля трение на валах, совершенствует насос, делает поток воды ровным (ламинарным), увеличивает размеры маховиков и достигает, наконец, того, что остановка происходит не сразу, а через некоторое время.
Процесс улучшения может продолжаться очень долго, если тот, кто финансирует исследования, тоже не знает закона сохранение энергии. Ведь каждую Пятилетку можно демонстрировать новые впечатляющие успехи — большее число оборотов с момента запуска до момента остановки. Можно даже установить критерий запуска вечного двигателя (к примеру, миллион оборотов) и говорить, что трудностей осталось конечное число, а природа не в силах придумать новые…

Вечный двигатель второго рода
Разумеется, в наш просвещенный век даже начальство слышало о законе сохранения энергии и денег на такого рода исследования не даст. Но выше речь шла о вечном двигателе первого рода, создавая который пытаются нарушить закон сохранения энергии. А если этот закон не нарушать?
Представим теперь более грамотного, но такого же упрямого изобретателя, который хочет получить энергию из Мирового океана. Он прикинул, что если понизить температуру воды всего на градус, можно получить энергию, во много раз большую, чем при сжигании всех мировых запасов угля и нефти.
Охлаждение Мирового океана только на один градус человечество, по его мнению, спокойно переживет, но зато мы зальемся электрическим светом и построим коммунизм. Вот наш осведомленный о законе сохранения энергии прожектер отправляется за финансированием, Однако и этого изобретателя ожидает неудача. Само начальство, возможно, не знает, но его научные консультанты осведомлены о том, что предлагаемое активистом устройство (не важно, какое конкретно) практически представляет вечный двигатель второго, рода. А он никогда не будет функционировать: хотя это и не нарушило бы закон сохранения энергии, но зато противоречило бы основам термодинамики, в частности закону возрастания энтропии.
Консультанты объяснят изобретателю, что имеется предельно возможный коэффициент полезного действия (кпд) в цикле преобразования тепловой энергии в механическую. Этот кпд равен отношению разности температур нагревателя и холодильника к температуре нагревателя. Нагреватель в данном случае — Мировой океан. А где холодильник?
Тем не менее строго доказать принципиальную неосуществимость такого проекта консультанты не смогут. Изобретатель ответит, что холодильником у него будет Северный или Южный полюс, а то и космос. Соображения же о том, что нельзя рассчитывать на успех, если мал даже предельный теоретический кпд, что размеры установки, грозят оказаться сравнимыми с размерами земного шара, он отметет как несущественные технические трудности.
Безусловно, денег на реализацию подобных идей сейчас тоже никто не даст, поскольку второе начало термодинамики достаточно прочно вошло в сознание ученых специалистов. Однако возможна более сложная ситуация, которая, похоже, и имеет место в термоядерных исследованиях.

Автомобиль и токамак
Конечно, идея создания термоядерной электростанции не противоречит
законам термодинамики. Можно, например, представить себе гигантский двигатель внутреннего сгорания, в цилиндрах которого поочередно взрываются
термоядерные бомбы. Однако предлагаемые в настоящее время проекты, понятно же, выглядят иначе. В них заметное место занимает этап преобразования
энергии ядерных частиц в электроэнергию.
Выделяющаяся в термоядерных реакциях энергия способна в принципе нагреть паровой котел до практически сколь угодно большой температуры. Соответственно имеется принципиальная возможность большую часть этой энергии превратить в электрическую. Известно, что ту, в свою очередь, легко преобразовать из одной формы в другую и, как правило, без больших потерь. Следовательно, часть выделившейся энергии можно использовать для запуска нового энергетического цикла.
Казалось бы, ситуация вполне аналогична работе автомобильного двигателя. Там тоже часть энергии, выделившейся при сгорании бензина, преобразуется в электричество, и с помощью электрической искры осуществляется поджиг бензина в цилиндрах двигателя. Однако на самом деле эта аналогия неточна. Разница не только в масштабах и техническом оснащении автомобиля и, например, токамака. Главное — каково качество термоядерной энергии.

У энергии есть качество
Здесь нам приходится вступить в еще мало разработанную область физики, в тот несформировавшийся ее раздел, который условно можно назвать “наукой о качестве энергии”. Задумаемся над очевидной, казалось бы, мыслью.
Хотя энергия и сохраняется, мы не можем без существенных потерь преобразовать ее из одной формы в другую только лишь по нашему усмотрению.
(Пример безнадежной попытки извлечь энергию, в изобилии находящуюся в
Мировом океане, мы уже обсуждали.)
Есть основания считать, что вечный двигатель второго рода построить
нельзя как раз потому, что энергия среды при более низкой температуре имеет
и более низкое качество. Энергию же низкого качества невозможно перевести в
энергию более высокого качества, — допустим, нагреть чайник от Мирового
океана, не потратив еще и энергию более высокого качества, то есть, не совершив, например, механическую работу.
Однако наука пока не умеет объективно и достаточно полно оценивать качество энергии тел, не находящихся в термодинамически равновесном состоянии. По-видимому, это дело следующего столетия. Прошлый век был веком тепловых машин, и физики разобрались с качеством тепловой энергии. В наше время вопросы преобразования различных форм энергии без потери качества уже давно стали насущными, но как-то недостаточно проникли в общественное сознание.
Удивительно, но ограничения, связанные с качеством различных форм энергии инженеры, как правило, ощущают лучше, чем ученые, особенно ученые, обсуждающие глобальные проблемы настоящего и будущего человечества. Так, до сих пор существует тенденция оценивать развитость общества по количеству потребляемой энергии. Это примерно то же, что судить об интеллекте человека по силе его мышц или сравнивать вычислительные возможности современных и первых электронно-вычислительных машин по потребляемой ими энергии.
Вполне вероятно, что качество энергии не имеет какой-либо абсолютной
шкалы и характеризуется не одним числом, а совокупностью различных характеристик. Тем не менее, кое-какие предварительные соображения о сравнительном качестве различных форм энергии хотелось бы высказать.
Во-первых, ясно, что энергию более высокого качества можно преобразовать в энергию низкого качества с меньшими потерями, чем энергию низкого качества — в высококачественную.
Во-вторых, более высоким качеством обладает энергия, которую можно с меньшими потерями концентрировать или передавать на дальние расстояния. Например, лазерный луч несет энергию более высокого качества, чем поток света от лампочки. Кроме того, более высоким качеством обладает энергия, неравномерно
распределенная по энергоносителям. Так, стакан с холодной водой и раскален-
ная игла до охлаждения ее в стакане имеют энергию более высокого качества,
чем после.
Из сказанного ясно, что для оценки качества очень важно, насколько энергия хаотизирована, то есть как велика ее энтропия (мера беспорядка). Система, обладающая большей упорядоченностью (меньшей энтропией) должна, по-видимому, обладать и более высококачественной энергией.
Однако судя по всему, энтропия — не единственная характеристика качества энергии. Например, ее величина непосредственно не связана со сроком возможного хранения энергии без потерь. Важно также, в какой мере будет трудоемким процесс высвобождения энергии. Точнее, сколько энергии и какого качества понадобится, чтобы покрыть расходы на запуск процесса энерговыделения.

Качество термоядерной энергии… Какое оно?
А теперь поговорим о качестве термоядерной энергии. Для осуществления реакции слияния (синтеза) ядер сталкивающиеся частицы должны иметьочень большую энергию — всего лишь в сто раз меньшую, чем выделяющаяся. (Для сравнения заметим: при реакциях ядерного распада, используемых в обычном ядерном реакторе, энергия сталкивающихся частиц во многие миллиарды раз меньше выделяющейся.) Кроме того, скорости термоядерных реакций очень низки — при сопоставлении, например, со скоростями химических реакций. Не видно и возможности осуществить цепные реакции, аналогичные происходящим при делении ядер в обычном ядерном реакторе. Все это приводит к тому, что для поддержания условий протекания реакций в термоядерном реакторе необходимо регулярно затрачивать много энергии высокого качества. Но подобные соображения даже не возникают, если исходить лишь из термодинамических законов — а именно на них опирается сегодня идея термоядерного цикла. Для термодинамики же, как известно, есть всего два типа энергии: с минимально возможной энтропией (механическая, электрическая) и с максимально возможной — термодинамически равновесные газ, плазма. В рамках термодинамики не разграничивается качество различных форм, например электрической энергии: ток, текущий по проводам электрической цепи, имеет, в частности, энергию существенно более низкого качества, чем пучок частиц, двигающихся с малым разбросом скоростей. Термодинамические соображения не учитывают и потребления энергии высокого качества для инициирования и поддержания термоядерных реакций.
Может быть, поэтому предлагаемые циклы получения термоядерной энергии недостаточно проанализированы с простейшей, “энтропийной” точки зрения. Например, в проектируемых термоядерных реакторах на основе токамаков с энергией высокого качества обращаются просто варварски. Сначала полученная энергия переводится в тепло парового котла. Соответственно, энергия каждой частицы, несущей выделившуюся термоядерную энергию, раздается по малой порции почти миллиарду частиц нагреваемого тела, а значит — заметно теряется качество выделенной энергии. Затем это качество начинают повышать, что, конечно, сопровождается энергетическими потерями. Вырабатывается электроэнергия. Электричество используются для формирования пучков быстрых частиц, которые потом вводят в плазму токамака для ее нагрева.
Думаю, сказанного достаточно, чтобы сделать вывод о качестве термоядерной энергии — оно низкое. Но неужели энергетические циклы никогда не анализировались? Анализировались — расчеты инженерного характера проводятся регулярно. Однако в них для различных этапов преобразования энергии закладываются некие коэффициенты преобразования. Вся хитрость в том, что в совокупности на противоречие закону возрастания энтропии их не проверяют. Да это и довольно сложно сделать.

А есть ли прототип?
Еще в конце семидесятых у меня возникло подозрение, что проектируемый на основе, скажем, токамака энергетический цикл может оказаться чем-то вроде вечного двигателя третьего рода. Двигателя, в котором не нарушается второе начало термодинамики, то есть закон возрастания энтропии для термодинамически равновесных систем, но нарушается закон возрастания энтропии для неравновесных, систем. Это подозрение я не смог ни доказать, ни опровергнуть. При обсуждении же “в кулуарах” встретил полное равнодушие к проблеме качества энергии.
Возможность какого-либо строгого доказательства осложняется еще и тем, что закон возрастания энтропии может в проектируемых термоядерных установках даже и не нарушаться. Однако если расчетное возрастание энтропии в цикле невелико, то такой цикл будет просто неосуществим. Так, попытка извлечь энергию из Мирового океана путем его охлаждения с использованием космоса в качестве холодильника, в принципе не запрещена термодинамическими законами. Но вряд ли физики поддержат сегодня подобное предложение.
И, наконец, главное, что порождает наибольшие сомнения в близкойосуществимости современных термоядерных программ. Об этом как-то забывают, но реально существующего прототипа термоядерного реактора на самом деле нет. Нет такого устройства, в котором бы выделяющаяся, за счет термоядерных реакций энергия преобразовывалась в электричество, а затем опять использовалась для запуска нового энергетического цикла. Звезды и термоядерные бомбы прототипами служить не могут. Во-первых, там нет этапов энергетического цикла, включающих в себя выработку электрической энергии, преобразование в другие формы, и ведение в среду. Во-вторых, в этих объектах вообще нет замкнутого энергического цикла.
Что же такое — термоядерная электростанция (разумных размеров с положительным энергобалансом, осуществляемым без серьезных экологических
проблем) на основе, например, токамака? Мне кажется, это мечта. Потому что
достаточно весомых аргументов для безоговорочной уверенности в осуществимости проекта пока нет. Соображений опирающихся на закон сохранения энергии, недостаточно, ведь они не запрещают создание вечного двигателя второго
рода.

Так заниматься ли термоядом?
Из сказанного вовсе не следует, что термоядерные исследования вообще бесперспективны. Если человечество доживет до создания самообеспечивающихся колоний в космосе, то почти наверняка в них будут как-то использоваться и искусственные термоядерные источники энергии. Возможно, какой-нибудь разумный энергетический цикл реализуют и на Земле. Большие же сомнения вызывает неуемная многолетняя реклама, сопровождающаяся торжественными рассуждениями о почти даровом источнике энергии, призванном заменить обычную энергетику, как только будет решена проблема нагрева и удержания плазмы.
Имеются и моральные аспекты проблемы. Я считаю ошибкой, не имеющей оправданий, разделение ученых на “чистых” и “нечистых” по принципу верности “токамачной” идее. Это породило явление, получившее в научном фольклоре название “токамафия”. Речь идет о формировании довольно большого клана ученых разного уровня, объединенных стремлением продвинуть “токамачное” направление любой ценой, в первую очередь — путем подавления других исследований.
“Токамафия” стала международной еще до возникновения тесных контактов с зарубежными учеными. Американцы и русские, указывая представителям администрации на успехи противоположной стороны, требовали дополнительного финансирования для демонстрации большей прогрессивности своей политической системы. Это называлось мирным соревнованием социализма и капитализма.
Конечно, и наши и американские ученые прекрасно понимали, что в действительности они просто хотят денег на проводимые ими исследования, но
действовали синхронно. В частности, докладывали о своих и чужих достижениях в моменты дележки денег в соответствующих ведомствах. Сейчас “токамафия” по-прежнему остается мощным международным неформальным объединением, осуществляющим дружную политику по выбиванию средств из правительств разных стран.
Хочется напомнить, что в условиях современных крупномасштабных исследований на руководителях научных работ лежит огромная нравственная ответственность. Мне кажется, удовлетворение научного любопытства за счет государства не должно перерастать в удовлетворение личных амбиций, а любопытство не должно быть праздным. И дело не только в огромных материальных затратах, но и в другом, на мой взгляд, более важном: используется одна из основных ценностей человечества — высокий интеллектуальный потенциал. К носителям такого потенциала надо относиться очень бережно. И безнравственно увлекать молодых, способных, но не имеющих достаточного научного опыта людей на решение задач, которые могут оказаться тупиковыми. Конечно, в научных исследованиях всегда имеется риск пойти по ложному пути, но следует, по крайней мере, предупреждать о степени риска.
Каков же вывод? Если не исходить из клановых интересов, направленных на выбивание из правительств денег любой ценой, то термоядерная проблема до сих пор представляет собой совокупность интересных научных и научно-технических задач. Однако некоторые другие физические исследования могут оказаться не менее интересными, важными и перспективными, как принято говорить, не менее актуальными. По крайней мере, в настоящее время Знание — сила, 1992, № 9, с. 11-21.