Наследие Хиросимы - Эдвард Теллер
Для некоторых таких применений могут потребоваться большие количества радиоактивных веществ. Возможно, наступит время, когда радиоизотопов понадобится больше, чем мы сможем производить.
Ещё более разнообразные возможности использования радиоактивности появятся при выведении новых видов сельскохозяйственных растений и животных с помощью мутаций. Сейчас большую часть исследований в этой области проводят в университетских и научно-исследовательских лабораториях.
Мутации создают новые свойства, которые передаются по наследству. В большинстве случаев эти свойства вредны — чаще всего они смертельны. Но в редких удачных случаях они дают превосходный сельскохозяйственный продукт. Чтобы найти такой продукт, приходится действовать методом проб и ошибок; важная часть работы — распознать его, когда он случайно появится.
Такой метод исследования требует множества экспериментов. Я не вижу веских причин, почему эти испытания нельзя сделать более многочисленными, дешёвыми и эффективными, проводя их на фермах силами самих фермеров.
Радиоизотопы не настолько опасны, чтобы нельзя было доверить их фермерам страны. Успешные американские фермеры, как правило, люди умные; многие из них окончили колледжи и университеты и изучали сложные процессы жизнедеятельности растений и животных. Думаю, фермерам следует разрешить и предложить проводить на своих землях эксперименты с радиоизотопами. Образованным и ответственным фармацевтам мы разрешаем обращаться со смертельными ядами, а образованных и ответственных врачей побуждаем экспериментировать с опасными микробами. В некоторых отношениях и яды, и микробы опаснее радиоизотопов. Микробы размножаются, а изотопы — нет. Если яд положить не туда, где его можно найти, поиски могут оказаться трудными; изотопы же обнаруживаются простым счётчиком Гейгера.
Уверен, что дальнейшие широкие исследования откроют сотни новых способов применения радиоизотопов. Сегодня их уже используют повсеместно, но это лишь начало. У нас в руках новый и простой инструмент. Учёные уже применили его, чтобы определить возраст гробницы фараона. Никто не может предсказать, какие изобретательные способы его использования появятся в будущем.
Наш успех в создании водородной бомбы привёл к попытке разработать новый тип ядерного реактора. Это следствие термоядерного успеха было одновременно логичным и неизбежным. Раз бомба на синтезе оказалась во много раз мощнее бомбы на делении, казалось естественным, что термоядерный реактор будет производить гораздо больше энергии, чем реактор на делении. По сути, правительственные чиновники обратились к учёным, создавшим термоядерную бомбу, со словами: «Что ж, вам удалось высвободить разрушительную силу синтеза. Теперь попробуйте укротить и подчинить её мирным целям».
К сожалению, сказать оказалось легче, чем сделать. Управлять синтезом было гораздо труднее, чем цепной реакцией деления. Чтобы укротить деление, нужно было лишь уравновесить образование и потерю нейтронов. Это замедляло выделение энергии и давало нам время отвести её. Термоядерную реакцию тоже можно замедлить, используя сильно разреженный газ в качестве топлива и резко снижая частоту реакций синтеза. В действительности внутри термоядерного реактора должно быть так мало атомов, что его можно было бы считать вполне хорошим вакуумом.
Для работы любого реактора нужен ещё один компонент помимо ядерного топлива. В реакторе на делении это нейтроны, которые ударяют по атомам и расщепляют их. В термоядерном реакторе необходимый дополнительный компонент — чрезвычайно высокая температура: она должна раскачать частицы так, чтобы они сблизились настолько, чтобы начался синтез, несмотря на сильное взаимное электрическое отталкивание. Требуемая температура намного выше даже той, что существует в центре Солнца и звёзд. Можно было бы ожидать, что такая температура разрушит любую ёмкость, предназначенную для удержания термоядерной реакции. Но этого не происходит. Частиц внутри термоядерного реактора будет так мало, что сама ёмкость не разрушится. Вместо этого редкие частицы ударятся о стенки и потеряют энергию задолго до того, как найдут друг друга и сольются. Таким образом, процесс погаснет, ещё не начавшись.
Давно было понятно, как избежать этих трудностей с удержанием. При чрезвычайно высокой температуре частицы, из которых состоят атомы, перестают быть связанными друг с другом. Атомы водорода, участвующие в термоядерных реакциях, распадаются на частицы с положительным и отрицательным электрическими зарядами. В магнитном поле эти заряженные частицы движутся не по прямой, а по спирали вдоль силовых линий магнитного поля. Так магнитное поле может удерживать частицы. Чтобы построить термоядерный реактор, сначала нужно попытаться создать необычную ловушку, называемую магнитной бутылкой.
Тщательные эксперименты показали, что высокоэнергетические частицы можно удерживать в магнитной бутылке достаточно долго. Но как только это стало ясно, мы столкнулись с настоящими трудностями. Если топливо в бутылке было слишком сильно разрежено, синтез становился маловероятным: редкие частицы почти не встречались. Когда мы пытались увеличить число частиц, они воздействовали на магнитные поля и оттесняли их. Иными словами, бутылка протекала. Стало очевидно, что главные трудности управления термоядерными реакциями мало связаны с задачами, которые мы решали при разработке термоядерной бомбы. Вопросы управления термоядерной реакцией ближе к совсем другой области — изучению движения газов.
В прошлом веке, когда всё больше людей заинтересовались возможностью летать, главной трудностью было непонимание законов, управляющих воздушными потоками. При небольшой скорости воздух движется просто и регулярно. Но с увеличением скорости возникает совершенно иное явление — турбулентность. Чтобы понять, как воздух поддерживает крылья птицы или самолёта, важно знать, когда и как возникает турбулентность.
Проблема удержания горячего термоядерного газа похожа на эту, но сложнее. Помимо движения газов, нужно учитывать взаимодействие частиц с магнитными и электрическими силами. В большинстве случаев возникают сложные, быстро меняющиеся структуры, похожие на турбулентность: магнитные силовые линии оттесняются, и газ теряет тепло. Мы надеемся найти редкие случаи, когда газ движется просто, а магнитная бутылка не пропускает частицы.
Когда люди пытались построить первые летательные аппараты, немало учёных приводили мрачные доказательства того, что полёт никогда не станет возможным. Но первопроходцы авиации могли не обращать внимания на эти учёные рассуждения, потому что знали: летать можно. Перед ними был пример птиц. Кроме того, они проводили эксперименты с воздушными змеями, сделанными человеком. Изучение воздушных змеев внесло большой вклад в искусство полёта и без всяких сомнений доказало: решение задач авиации существует.
В попытках построить термоядерный реактор нам повезло меньше, чем создателям летательных аппаратов. У нас нет птиц, которые нас вдохновляли бы. У нас есть сияющие примеры Солнца и звёзд, но удерживать горячие газы им позволяет огромный вес внешних слоёв. В лаборатории ничего подобного воспроизвести нельзя.
Однако можно проводить лабораторные эксперименты с магнитными бутылками и сравнивать их