В последние годы усилия ученых направлены на решение важнейшей для
всего человечества проблемы - лазерного термоядерного синтеза. Это
решение позволит утолить энергетический голод, который все больше дает о
себе знать последнее время во всем мире. Еще в 1959 г. выдающийся
советский ученый И. В. Курчатов писал: "В результате осуществления
управления термоядерной реакцией общество получит в свое распоряжение
замечательный и неограниченный источник энергии." Овладение термоядерной
энергетикой позволит в будущем экономически более рационально
использовать такие ценнейшие виды сырья, как уголь, нефть и природный
газ. С применением термоядерной энергетики исчезнет необходимость
транспортировки топлива и передачи энергии на большие расстояния.
Лазерный синтез происходит в термоядерной мишени (рис. 15) - сферической
капсуле диаметром менее 1 мм, заполненной горючей смесью дейтерия и
трития. Эти тяжелые протоны водорода оказались наиболее подходящим
горючим для термоядерного синтеза. Тем более, что дейтерий в огромных
количествах имеется в морской воде. Так, в 2000 м3 воды содержится
столько дейтерия, чтобы электростанция могла в течение года обеспечить
энергией такой город, как Норильск.
Задача состоит в том, чтобы нагреть ионы дейтерия и трития до
температуры Ю8 °С, что в несколько раз превышает температуру Солнца. Для
этого мишень облучают одновременно по нескольким направлениям мощными
лазерными потоками. Под их воздействием наружная оболочка стеклянной
капсулы испаряется, и плотный слой плазмы окутывает дейтерий-тритиевое
горючее. Плазма расширяется со скоростью примерно 1000 км/с и начинает
действовать подобно шлейфу газов, выбрасываемых ракетой. Она давит на
твердую неиспарившуюся часть капсулы силой в миллиарды атмосфер. В
результате горючее сжимается до такой плотности, которая сравнима с
плотностью в центре Солнца, превышая более чем в 1000 раз плотность
твердого или жидкого горючего. Радиус горючего уменьшается в 50 раз, и
тогда его кинетическая энергия превращается в тепло.
Высокая температура и огромная плотность горючего способствуют синтезу
его ядер, в результате чего рождаются альфа-частицы (или ядра гелия) и
нейтроны. Нейтроны проходят через окружающую плазму, замедляются в
жидкости, циркулирующей в камере реактора, и передают ей кинетическую
энергию в виде тепла. Расчеты показывают, что выход термоядерной энергии
в 100 раз превосходит энергию, сообщаемую лазером. С помощью паровой
турбины тепловая энергия преобразуется в электрическую. Однако для
непрерывной работы электростанции потребуется много мишеней, поскольку
время их горения всего несколько наносекунд. Из-за высокого сжатия
горючее вещество разлетается на части, и термоядерный огонь гаснет. Так,
чтобы электростанция давала мощность 109 Вт, необходимо воспламенять
каждую секунду десять таких мишеней.
Успех термоядерного синтеза во многом зависит от лазерного источника
излучения. До недавнего времени в большинстве экспериментов
использовались мощные лазеры на неодимовом стекле, излучающие свет с
длиной волны 1,06 мкм. Но как оказалось, только половина этого излучения
полезно используется. За одним открытием последовало другое. Было
обнаружено: лазерную энергию можно использовать со значительно большей
эффективностью, если перейти к коротковолновому излучению, например, к
ультрафиолетовому свету. Однако мощных лазеров, генерирующих в этой
области спектра, до сих пор не создано. Правда, ведутся перспективные
разработки газового лазера, работающего на смеси криптона и фтора, с
длиной волны излучения 0,25 мкм.
Казалось, что выхода из тупика нет. Тогда решили применить метод
оптического преобразования частоты лазерного излучения. Суть его состоит
в том, что длинноволновое излучение, например от неодимового лазера,
пропускают через ряд пластин из анизотропного кристалла КДР. Каждая
пластина определенным образом вырезана по отношению к кристаллическим
осям. При прохождении света через такую пластину его частота
удваивается, а длина волны соответственно уменьшается вдвое. С помощью
двух таких пластин свет с длиной волны 1,06 мкм можно преобразовать в
ультрафиолетовое излучение. Таким образом, практическая реализация
лазерного термоядерного синтеза потребует еще усилий многих ученых.
