Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Охота на термоядерную энергию началась во время холодной войны с обеих сторон железного занавеса. В 1968 году советские ученые сообщили, что им удалось изготовить плазму под воздействием высокой температуры в магнитном поле в виде пончика – она называется «токамак». Вскоре такого же результата добились британские физики. Сегодня ученые со всего мира совместно работают над строительством самого крупного в мире экспериментального термоядерного реактора во Франции (ITER). Согласно плану, первую плазму токамак проекта ITER произведет в 2025 году^[291].

Проблема токамака в том, что управлять им нужно очень точно, а магнитное поле удерживается благодаря тому, что электрический ток все растет, и растет, и растет. Разумеется, долго этот процесс продолжаться не может, а инженеры ITER рассчитывают, что им удастся удерживать плазму примерно полчаса, до того как механизм придется отключить и охладить. Подобного рода постоянные колебания температуры предъявляют очень высокие требования к материалам, которые применяются для строительства реактора.

Еще один замысел носит футуристичное название «стелларатор»: магнитное поле имеет безумно сложную форму, благодаря которой механизм можно охлаждать, не делая перерывов. Впервые идею подобного реактора предложили в 1950-е годы, но мощность компьютеров позволила ученым подступиться к задаче по разработке сложной геометрии только в 1980-е годы. В 2016 году в Германии стелларатор Wendelstein 7-X справился с задачей и удерживал плазму водорода при температуре более 10 миллионов градусов примерно одну секунду^[292], а теперь ученые работают над его усовершенствованием.

Слияние атомов будет происходить лишь до тех пор, пока в реакторе поддерживается высокая температура. Если что-то пойдет не так и реактор потеряет контроль над магнитным полем, все остановится. Поэтому он не представляет таких опасностей, как неконтролируемая реакция, взрывы и расплавления, известных нам по катастрофам на ядерных электростанциях в Чернобыле и на Фукусиме. Также проблем с отходами у термоядерного реактора гораздо меньше, чем у сегодняшних ядерных электростанций, но, когда атомные ядра сливаются, выделяются нейтроны – они попадают на материалы, из которых сделан реактор, и выделяется небольшое количество радиоактивных отходов. В течение нескольких сотен лет с ними необходимо обращаться как с особыми отходами.

Несмотря на то что развитие идет медленно, в реальности нет никаких причин, чтобы нам не удалось построить термоядерный реактор. Может быть, через 100, 200 или 500 лет важнейшим энергоресурсом станет морская вода. Все, что нам нужно, – достаточное количество денег и ресурсов, чтобы поддерживать крупные научные программы до тех пор, пока нам не улыбнется удача. Но решит ли почти бесконечный источник чистой энергии все наши проблемы?

Не совсем. Конечно, энергия – потребность номер один, но все наши прочие материальные потребности энергия автоматически не покроет. Зубчатые колеса по-прежнему будут истираться, а стальные сваи – ржаветь. Чтобы восполнить потери, нам придется дробить все больше и больше породы. Дыры в земной коре и кучи отходов не станут новой породой – и не важно, сколько у нас будет энергии. Может быть, в мире, где все перекопано и раздроблено, материалов у нас будет достаточно. Но мы же хотим не этого.

И нам по-прежнему будут нужны пища, воздух и вода. Для чистого воздуха, чистой воды и плодородной почвы нужна не только энергия. Нужны работающие экосистемы, а они зависят от достаточного количества правильного питания и от совместной работы крупных цепочек с хрупкими механизмами.