Тороидальная камера с магнитными катушками… Дейтерий-тритиевая реакция… Такие словосочетания могут испугать гуманитария. Но Международный термоядерный экспериментальный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER), который строится сейчас во Франции, — проект настолько масштабный, что его можно рассматривать не только как научную установку, но и как ответ на главные общественные вопросы. И тут всплывает слово «утопия», которое придумал в XVI веке англичанин Томас Мор. Дословный перевод — «место, которого нет», а по сути — мечта об идеальном обществе, где царят разум, мир, справедливость и изобилие. Поисками этого идеала занимались многие. Философы, публицисты, политики, революционеры… Получалось так себе. Но, может, у физиков выйдет лучше?
Спустить небо на Землю
Мечта: управлять космическими силамиПроведите маленький эксперимент. Задайте первому встречному на улице вопрос: «Почему светит Солнце?» Если он не вызовет полицию или психиатров, то, скорее всего, ответит: «Оно так хочет», «Потому что оно горячее», «Там, наверное, что-то горит». На самом деле мы ходим летом без куртки, а в огороде зреют кабачки потому, что внутри Солнца идёт термоядерная реакция. Если совсем кратко — ядра лёгких химических элементов, например водорода, при огромных давлениях и температурах преодолевают силы взаимного отталкивания и сливаются воедино. В результате образуются более тяжёлые элементы, например гелий.
Однако масса полученного атома не является точной суммой масс исходных атомов — часть теряется при реакции и переходит в энергию согласно знаменитой формуле Эйнштейна: E = mc2. Нужно совсем чуть-чуть массы (m), чтобы после умножения на квадрат скорости света c2 она дала много энергии (E).
С этой механикой учёные смогли разобраться относительно недавно. В 1920 году британский астрофизик Артур Эддингтон предположил, что источником энергии Солнца может служить термоядерный синтез. А в 1938 году уехавший из Германии в США физик Ганс Бете опубликовал работу о цепочках термоядерного синтеза в недрах звёзд.
В «Фейнмановских лекциях» эта история описывается так: «Одно из наиболее впечатляющих открытий астрономии — это открытие источника энергии звёзд, поддерживающего их горение. Один из тех, кто открыл это, отправился на прогулку с девушкой как раз в ночь после того, как понял, что в звёздах происходит ядерная реакция, что в этом причина их свечения. Она сказала: „Взгляни, как чудесно сияют звёзды!“ А он ответил: „Да. Чудесно. А ведь сегодня я единственный человек в мире, который знает, почему они сияют!“ Она только рассмеялась…»
Но прежде, пока физики не сказали своё веское слово, свет Солнца представлялся чем-то мистическим. Со времён каменного века наша звезда была символом колоссальной силы природы, неподвластной человеку. Солнцу поклонялись, в Солнце верили, на Солнце надеялись. Считается, что идея утопии пошла от двух книг. Первая — это собственно «Утопия» Томаса Мора, вторую написал итальянский мыслитель Томмазо Кампанелла, и называлась она «Город Солнца». Кампанелла так описывал систему правления в вымышленном идеальном государстве: «Верховный правитель у них — священник, именующийся на их языке „Солнце“, на нашем же мы называли бы его Метафизиком».
Проект ITER должен воплотить в жизнь мифы и архетипы, казалось бы, далёкие от повседневной жизни. Установка будет воспроизводить реакцию, которая протекает в недрах Солнца: изотопы водорода тритий и дейтерий сливаются в гелий.
Можно сказать, что учёные строят Вавилонскую башню, чтобы подчинить неуправляемую силу звёзд. Здесь есть дерзкая мечта, стремление к высшей силе и желание дать человеку могущество. Древние люди с опаской относились к таким мечтаниям, поэтому мифы на схожие темы заканчивались плохо. Взять хоть Прометея, похитившего огонь с небес, — божественное начальство было крайне недовольно и сурово покарало героя.
Но современный человек не ждёт, пока кто-нибудь принесёт ему небесный огонь, а пытается создать его сам. Вавилонской башней, «строящейся без Бога, не для достижения небес с земли, а для сведения небес на землю», называл социалистические идеи Достоевский.
Солнце и Башня — два распространённых мифологических архетипа. Солнце символизирует высшие силы, незыблемый порядок мироздания, но также и божественную природу человека-творца, его самость, полноту возможностей. Башня — это рациональность и культура, победа человеческого разума над природой. Гуманитарии должны быть довольны.
Учёный, конечно же, не борется с природой или высшими силами, а учится у них. Для ITER более уместна языческая мечта о единстве человека и космоса и о возвращении золотого века.
По степени космической амбициозности ни один технологический проект не сравнится с термоядерной электростанцией. Большинство существующих систем построены на извлечении энергии оттуда, куда её спрятала природа. Даже радиоактивный распад, на котором основана работа АЭС , для космоса куда менее значим, чем термоядерные реакции, происходящие в звёздах.
На атомных электростанциях энергия вырабатывается в результате распада очень тяжёлых изотопов, а в термоядерном реакторе наоборот — за счёт слияния лёгких изотопов.
Чтобы внутри Солнца материя превратилась в энергию, нужна адская температура, примерно 16 миллионов градусов Цельсия. Внутри реактора ITER она будет в десять раз больше, а при некоторых режимах — 300 миллионов градусов! Такая температура нужна не для того, чтобы метафизически переплюнуть природу. Просто внутри звезды термоядерный синтез протекает в условиях гигантского давления, которое на Земле обеспечить невозможно. Приходится компенсировать температурой. Чтобы Солнце спустилось на Землю, нужно превзойти Солнце.
Энергетика рая и ада
Мечта: жить одновременно и комфортно, и без ущерба природеЧем рай отличается от бренной реальности? В первую очередь — бесконечным источником ресурсов. Если райский сад — это плодородная земля, которую не нужно возделывать, то для современного человека бесконечные и бесплатные яблоки — это бесконечная и бесплатная энергия. В раю никому не причиняют вреда. Земля сама отдаёт ресурсы, для этого не нужно наносить вред природе. И в том числе поэтому её дары никогда не закончатся. Из той же серии образы скатерти-самобранки, рога изобилия и прочих гаджетов, обеспечивающих бесперебойную поставку продовольствия в отсутствие каких бы то ни было усилий со стороны потребителя.
Воплощение рая на земле — утопии. Их было немало: коммунизм, социализм, анархизм и ещё десятки —измов. Среди относительно недавних — экологизм. Зелёное движение стало популярным в бурные 1960-е. Но если раньше главной проблемой считали загрязнение окружающей среды, сейчас к этому добавился страх глобального потепления.
Как нам кажется, каждый идейный экологист должен повесить у себя над кроватью схему термоядерного реактора анфас и в профиль. Топливо для ITER — тритий и дейтерий, тяжёлые изотопы водорода, при этом дейтерий можно получать хоть из морской воды. А на выходе только гелий, нейтрино и энергия. Ничего опасного.
Даже если случится авария (что практически исключено), ущерб будет минимальным, ведь реакция мгновенно остановится, а тритий хоть и радиоактивный изотоп, но в тех количествах, которые нужны для термоядерной электростанции, он угрозы не представляет. От излучения трития способны защитить даже банальные резиновые перчатки.
В далёкой перспективе реакторы наподобие ITER превращаются в почти бесконечный источник дешёвой энергии. При этом страны, которые начнут использовать термоядерные реакторы, не будут зависеть от энергоресурсов других стран, как это происходит сейчас. Монополию на воду ввести невозможно, тем более что пресная вода для реактора не обязательна — водород точно так же можно выделить из морской.
Ради далёкого будущего
Мечта: думать не только о сегодняшнем дне, а о долговременных перспективахСнова зададим вопрос среднестатистическому прохожему, и уже не важно, будет он гуманитарием или доктором физико-математических наук. Спросим его о планах на 2032 год. Подозреваем, ответ будет в духе: ну, зарплата повыше, квартира побольше, фикус позеленее. Если говорить о ещё более дальних перспективах — двадцать, тридцать, пятьдесят лет, — тут всё совсем туманно. Мы разучились мечтать по-крупному. Для нас «будущее — это просто тщательно обезвреженное настоящее», как говорил один из героев братьев Стругацких.
Так было не всегда. Идея утопии — это про очень долгое строительство. Революционеры конца XIX — начала XX века не ждали, что коммунизм наступит через неделю после свержения монархии. И Константин Циолковский, размышляя о переселении на другие планеты, вряд ли имел в виду ближайшую пятилетку.
Создание термоядерной электростанции — проект очень долгий. В 1950-х в СССР построили токамак — установку, по форме напоминающую бублик, в которой магнитная система удерживает плазму, не давая ей прикоснуться к стенам. Это был первый прототип термоядерного реактора. После успешных экспериментов советских учёных токамаки стали строить и в других странах. Но для поддержания горения плазмы все они требовали больше энергии, чем её давал термоядерный синтез.
Кстати, языкам мира мы подарили не только «спутник», но и «токамак» (тороидальная камера с магнитными катушками). И сейчас международный проект ITER именуется русским словом tokamak.
О строительстве реактора, который мог бы работать именно как электростанция, ведущие страны мира договорились в середине 1980-х. Стройку во Франции, неподалёку от местечка Кадараш, запустили в 2010-м. Первую плазму планируют получить в 2025-м, а полноценные термоядерные реакции запустить в 2035-м.
Но это ещё не всё. Энергия, полученная ITER, будет рассеиваться в атмосфере. Прообраз реальной термоядерной электростанции, способной постоянно производить электроэнергию, — это уже другая установка, DEMO (Demonstration Power Plant). И в самом лучшем случае она полноценно заработает лишь в 2048 году.
И это тоже не всё, ведь, как следует из названия, она создаётся для демонстрации возможностей, а не для зарядки мобильников. Понадобятся ещё десятилетия, чтобы основным нашим топливом стали изотопы водорода, а не уголь, нефть или уран. Получается, что между началом проектирования и результатом, на котором можно вскипятить чайник, пройдёт чуть ли не столетие. Это вызов — отдать свою жизнь строительству дома, в котором ты гарантированно не будешь жить.
В «Коте Шрёдингера» мы как-то опубликовали анекдот:
— Когда всё-таки появится термоядерная энергетика? — спрашивают знаменитого физика-ядерщика.
— Лет через двадцать — двадцать пять.
— Но вы уже предсказывали это двадцать пять лет назад.
— Как вы можете убедиться, я не меняю своего мнения.
Конечно, над учёными можно посмеиваться. Мы-то привыкли жить в мире готовых решений и схем, которые позволяют быстро справиться с большинством проблем. А тут задача, которую никто никогда не решал. Чтобы понять масштаб сложности установки, достаточно двух чисел. Первое: ITER будет состоять примерно из 10 миллионов деталей, многие из которых создаются впервые в истории. Второе: примерная оценка стоимости установки — 20 миллиардов евро.
Светлое будущее — оно такое: сложное, дорогое и не до конца предсказуемое. Но оно того стоит, иначе время вокруг нас остановится, а впереди не окажется никакого будущего, только чуть улучшенное настоящее.
И сольются в едино народы
Мечта: мир, в котором страны объединились ради всеобщего благаИ настанет година свободы,
Сгинет ложь, сгинет зло навсегда,
И сольются в едино народы
В вольном царстве святого труда…
Так пели на мотив «Марсельезы» русские революционеры. Этот текст, начинавшийся словами «Отречёмся от старого мира», был написан в 1875 году народником Петром Лавровым. Во второй половине ХХ века пафос мировой революции постепенно ослабевал, и подобная позиция подавалась скорее как утопическая.
Мир разделён на государства, и они неизбежно враждуют друг с другом. Это же аксиома, да? Были, конечно, сомневающиеся. Среди многих —измов есть и такой — космополитизм. Это идея о том, что интересы человечества выше интересов отдельных стран, а человек должен быть гражданином мира. В этом духе высказывались разные бородатые мыслители от Сократа с Диогеном до Льва Толстого. Сейчас такие мечты не в моде, о «всемирном государстве» никто не вспоминает, и даже в космосе ведущие державы пытаются построить заборы.
Проект ITER родился в самом начале перестройки, когда атмосфера холодной войны начала теплеть. Генеральный секретарь КПСС Михаил Горбачёв с подачи академика Евгения Велихова предложил президенту США Рональду Рейгану идею совместного проекта по получению термоядерной энергии в мирных целях. Дело было на Женевском саммите сверхдержав в ноябре 1985 года.
Для глав государств это была скорее политическая акция, демонстрация воли к сотрудничеству в области науки. Но политика быстро потеряла власть над ITER. Вскоре присоединились и другие страны. Сейчас ITER — это общий проект, в котором на равных работают:
- Европейский союз,
- Россия,
- США,
- Китай,
- Южная Корея,
- Япония,
- Индия.
Только вспомните, сколько конфликтов и взаимных претензий было между странами, которые теперь строят общий реактор! А ещё в проект включены учёные из Казахстана, Австралии, Канады, Великобритании и многих других государств. Такой интернационал, только не про революцию, а про науку.
Основную часть расходов несёт Европейский союз, поскольку реактор строится на его территории, — 45,6%. Остальная часть распределяется поровну между Китаем, Индией, Японией, Кореей, Россией и США — по 9,1%. Кстати, расходы исчисляются не в долларах или юанях, а в специальных единицах, определяемых научным и технологическим продуктом, который предоставляет для общего дела каждая из стран. Интеллект конвертируется в интернациональную валюту.
Менялась политическая обстановка, происходили локальные войны, страны вводили друг против друга санкции, а ITER продолжал создаваться. Политика попыталась вмешаться лишь один раз — когда США после распада Советского Союза решили выйти из проекта. Остальные страны продолжили работать. Американцы вернулись в 2004 году, и их спокойно приняли обратно.
И сейчас, несмотря на то, что на уровне политики отношения между странами очень напряжённые, работа над термоядерной установкой продолжается без особых изменений. Общая научная утопия важнее временных политических конфликтов.
Результат этого огромного труда тоже соответствует утопическим идеалам: все идеи и разработки, созданные в ходе строительства ITER, могут свободно использоваться странами-участницами, никаких коммерческих тайн и секретности. Каждое государство, которое приложило руку к проекту, сможет построить собственный термоядерный реактор. Фактически коммунизм: каждый может взять столько интеллектуальных благ, сколько захочет.
Учёный главней генерала
Мечта: наука ради мирных целей«Зал тихонько зашумел, потом кто-то спросил, не вставая:
— Вы действительно считаете, что солдат главнее физика?
— Я?! — возмутился Виктор".
Это спрашивают школьники у писателя Банева в «Гадких лебедях» братьев Стругацких. Выбор между солдатом и физиком существовал на протяжении всей истории. В утопическом государстве философов Платона правят самые образованные и подготовленные к этому люди. Общество поделено на сословия философов, стражей и обывателей. Платон мечтал, что воины будут подчиняться учёным, а оружие — служить знанию.
Увы, в реальности такое случается редко. Власть всегда так или иначе принадлежала «воинам» — тем, у кого было оружие или деньги, чтобы нанимать других воинов. Учёный чаще всего находится в подчинённом положении — придумывает способы эффективно нападать или обороняться.
Так было и с термоядерной энергией. В начале 1950-х СССР и США уже получили водородную бомбу — взрыв атомного заряда на основе урана или плутония запускал в ней термоядерную реакцию изотопов водорода. Говорить, что хорошо бы направить эту энергию не только на создание новых средств убийства, начали уже тогда. Газета «Правда» за 1958 год цитирует академика Игоря Курчатова, который после официального визита в Великобританию призвал учёных мира объединиться для создания термоядерных электростанций: «Вторая половина XX века будет веком термоядерной энергии… Сейчас перед наукой и техникой стоит задача осуществления термоядерной реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, спокойно протекающего процесса».
ITER изначально задумывался как мирный проект, недаром он родился в период потепления отношений между главными соперниками: СССР и США. Он не обязан подчиняться ни одной из стран. Администраторы обслуживают нужды учёных. Учёные решают, на что будут потрачены деньги, которые выделяют государства. Именно здесь политик-воин оказался подчинён учёному-философу.
И цели, и средства
Мечта: движение к благу тоже оказывается благомБольшинство утопий прекрасны. Изобилие, справедливость, братство и всем холодный мохито бесплатно. Беда в том, что методы достижения этого будущего оказывались совсем не прекрасными. Гражданские войны, террор, голод… Большевики объясняли: цель оправдывает средства. Возможно, поэтому к концу XX века утопии вышли из моды.
Прелесть большого научного проекта в том, что он не требует кровавых жертв. Только выделяйте финансирование (не такое уж большое на фоне других государственных расходов) и не мешайте работать. Само движение к великому результату даёт свои результаты. Создание уникальных научных установок приносит людям немало хорошего в виде побочного продукта. Самый раскрученный пример — современный интернет, который стал таким благодаря сотрудникам CERN, приспособившим сеть под свои фундаментальные физические задачи.
ITER расшифровывается как International Thermonuclear Experimental Reactor. Но ещё слово iter на латыни означает путь, путешествие. Кажется, в этом есть что-то очень символичное.
Мысленный эксперимент
А ЧТО ТЫ ГОТОВ СДЕЛАТЬ ДЛЯ СВЕТЛОГО БУДУЩЕГО?Предлагаем провести мысленный эксперимент над собой. Его результаты можете обсудить с друзьями и родственниками.
Условия такие:
• Вам предложили участвовать в одном очень-очень крупном научном проекте. Он потребует от вас немало усилий.
• Практические результаты этого проекта станут очевидны нескоро — допустим, через пятьдесят лет. Или через сто. То есть вы их точно не увидите.
• Из предложенного списка можно выбрать только одну тему. Какому проекту вы отдали предпочтение? Почему вы сделали именно такой выбор?
ТЕМЫ ВЕЛИКИХ ПРОЕКТОВ
- Создание термоядерного реактора, чтобы обеспечить цивилизацию энергией.
3. Технология, которая позволит сделать продукты питания максимально дешёвыми, почти бесплатными.
4. Препарат, замедлящий старение и продлевающий средний возраст жизни на 10 лет.
5. Медицинская технология, с помощью которой можно излечить любой вид рака.
6. Система искусственного интеллекта, которой можно делегировать принятие ключевых политических и финансовых решений.
7. Способ быстрого излечения депрессии и других психических расстройств.
Фото: Lisandro Julian Leyra / Shutterstock, Iter.org
Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 51 2022 г.