Николай Горькавый – Драконоборцы. 100 научных сказок (страница 28)

– Андрей Сахаров.

Тамм и Леонтович стали экзаменовать студента по теории относительности. Андрей Сахаров отвечал, но его ответы совсем не следовали учебнику и были какими-то не очень вразумительными. Преподаватели пожали плечами, поставили студенту тройку – и отпустили.

Ночью Тамм позвонил Леонтовичу и сказал:

– Слушай, ведь этот студент всё правильно говорил! Это мы с тобой ничего не поняли – и это нам надо тройки ставить! Нужно с ним ещё поговорить.

Так Андрей Сахаров стал учеником Игоря Тамма.

В 1950 году они выдвинули идею термоядерного реактора, в котором плазма сохранялась бы в магнитной ловушке…

– Как джинн в бутылке! – воскликнула Галатея.

– Да, только плазму оказалось легче согнуть в кольцо, чем загнать в бутылку. Так возникла идея ловушки-бублика, или тора.

Вариантов работы термоядерных реакторов было придумано предостаточно: быстрый пинч-разряд в плазме; ловушки с плазменным шнуром в виде восьмёрки; плазма в шаре с микроволновым излучением; испарение маленького шарика с дейтериево-тритиевой смесью, размещённого в фокусе нескольких мощных лазеров.

Но токамак оказался самым надёжным вариантом постоянно работающей машины, поэтому по всему миру возникло множество токамаков в различных вариантах. Эти устройства помогли учёным достичь важного прогресса. Например, в 1997 году европейский токамак получил 16 мегаватт полезной энергии.

Как показали опыты, чем больше токамак, тем легче на нём достичь критерия Лоусона…

– Ну Солнце об этом давно догадалось! – фыркнула Галатея.

– …поэтому самый передовой международный реактор ИТЕР является и самым большим по размерам. Характеристики ИТЕР впечатляют: он весит 5000 тонн – вполовину веса Эйфелевой башни. Температура трития в нём достигает 150 миллионов градусов, что почти в 10 раз больше, чем в ядре Солнца.

– Наверное, плотность плазмы в этом токамаке будет не такая большая, как в центре Солнца? – догадался Андрей.

– Верно. Прогресс в термоядерной энергетике оказался очень непростым и очень дорогостоящим. Плазма в термоядерных реакторах коварна: так и норовит сбежать из магнитных ловушек. На каждый ее каприз нужно придумывать способ противодействия. Поэтому учёные всё время ищут возможности для облегчения термоядерного синтеза – и одна из возможностей перекликается с идеей Андрея: нейтрализовать ядра водорода или тритий перед синтезом.

Андрей немедленно возгордился, за что младшая сестра тут же пнула его в лодыжку. Младшие сестры должны следить за старшими братьями, чтобы те не очень заносились.

– Но электроны для этой задачи годятся плохо, поэтому возникла идея вместо электронов использовать отрицательные мюоны. Они в 207 раз тяжелее электронов, поэтому мюонная орбита располагается к ядру гораздо ближе электронной. Из-за этого температура, необходимая для начала термоядерной реакции, сильной понижается. Действительно, облучение мюонным пучком водородной смеси позволило гораздо легче получить термоядерную реакцию. Это явление получило название мюонного катализа. Проблема в том, что получать мюоны можно только на ускорителях, они нестабильны и их нельзя хранить. Тем самым мюонный катализатор термояда оказывает дороже электричества, которое при этом производится. Так что учёным есть над чем поломать головы, прежде чем термоядерные реакторы заработают по всей земле и дадут человечеству дешёвую энергию при минимальных радиоактивных отходах.

– Не волнуйся, мама, мы поможем! – сказал Андрей, а сестра в знак согласия мотнула не ногой, а головой.

Михаил Александрович Леонтович (1903–1981) – видный советский физик-теоретик, один из создателей советской школы физики плазмы. Академик АН СССР.

Андрей Дмитриевич Сахаров (1921–1989) – выдающийся советский физик-теоретик, один из создателей водородной бомбы, академик АН СССР. Известный правозащитник и диссидент, лауреат Нобелевской премии мира за 1975 год.

Джон Лоусон (1923–2008) – видный британский инженер и учёный, получивший широко известный критерий старта термоядерной реакции (критерий Лоусона).

Окно (туннель) Гамова – частицы могут преодолевать электростатический барьер Кулона благодаря просачиванию под барьером с помощью окон или туннелей Гамова, возникающих из-за квантово-механических эффектов. Этот эффект был исследован выдающимся русско-американским физиком Г. А. Гамовым, поэтому носит его имя.

Токамак – хитроумное электромагнитное устройство, мощным магнитным полем сжимающее горячую плазму в кольцо, вдоль которого течёт сильный электрический ток. Если водородную плазму в токамаке сделать достаточно горячей и плотной, то в ней начнётся термоядерная реакция.

Сказка о космическом телеграфисте Виталии Гинзбурге

Дзинтара устроилась поудобнее, посмотрела в высокое окно на звёзды, которые уже мерцали на небе, и сказала:

– Всем известно, что звёзды излучают электромагнитные волны: видимый свет, а также невидимое излучение – от длинных радиоволн до коротких гамма-квантов. Эти сигналы звёзд несут в себе массу важнейшей информации, но, падая на землю, эта звёздная информация уходит, в буквальном смысле, в песок. Лишь в нескольких специальных местах на Земле, в обсерваториях, астрономы ловят излучение звёзд и учатся его расшифровывать.

– Учатся? То есть они ещё не всё расшифровали? – насторожила розовые ушки Галатея.

– Конечно, нет. В этих радиопосланиях, световых письмах и рентгеновских импульсах содержится множество непонятных символов и знаков. Может, там зашифрована информация, которая спасёт наш мир или хотя бы сделает его счастливее, но пока мы сумели прочитать далеко не все страницы космических световых мерцаний и радиосигналов.

– Это хорошо! – сказала довольная Галатея.

– Но мало кто знает, что в космическом пространстве летают не только электромагнитные послания – там движутся ещё и электрические сигналы.

– Что-то вроде космического телеграфа? – спросил Андрей.

– Да, во Вселенной существует космический обмен информацией с помощью электрических токов. Ведь ток – это движение электрических зарядов. А в космосе во все стороны летят потоки электрических зарядов. Самые мощные – от Солнца, но есть электрические послания от далёких звёзд и даже от других галактик.

7 августа 1912 года австрийский физик Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре, захватив с собой ионизационную камеру, с помощью которой можно было измерять радиоактивность. На поверхности земли такая камера регистрировала заметную радиоактивность даже после того, как её помещали в свинцовую камеру. Наверное, сказывается радиоактивность земли, решили учёные. Значит, если подняться с такой камерой на воздушном шаре, эта радиоактивность уменьшится.

И вот Гесс, одетый в самую тёплую одежду, какую смог найти, поднялся на воздушном шаре вместе со своей камерой для измерения радиоактивности. Воздушный шар вошёл в облака, но радиоактивность не уменьшилась. Шар вырвался из облаков, поднимаясь ещё выше – в голубое небо. И тут учёный с удивлением заметил, что при подъёме воздушного шара количество ионизирующих камеру частиц выросло!

Так было обнаружено космическое излучение, которое приходит на Землю из космоса. За это открытие отважный воздухоплаватель Гесс получил Нобелевскую премию по физике.

– Так, значит, когда мы летим на самолёте, то в нас попадает космических лучей больше, чем обычно? – спросил Андрей.

– Да, заметно больше, но это неопасно, так как атмосфера нас защищает даже на высоте десяти километров, да и время, проведённое в полёте, не очень велико. Но сверхзвуковые пассажирские самолёты, которые летают выше остальных, в период повышенной солнечной активности выбирают более длинные южные маршруты, где интенсивность космических лучей меньше.

Советский физик Дмитрий Скобельцын использовал камеру Вильсона для анализа космического излучения и в конце 20-х годов сделал важные открытия: он нашёл, что в космических лучах много заряженных частиц, – это было видно по тому, как искривляется их траектория в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле. Скобельцын также открыл, что космическое излучение крайне неоднородно: то в камере ничего нет, то сразу возникает целый ливень частиц, которые так и стали называть – космические ливни.

В 1939–1941 годах было установлено, что космические лучи, подлетающие к границе земной атмосферы, главным образом состоят из положительно заряженных и очень быстрых протонов. Отдельные сверхбыстрые космические частицы врезаются в нашу атмосферу и вызывают вторичный поток новых частиц – целый ливень позитронов, мюонов, пионов и многих других частиц. Нередко из космоса прилетают такие быстрые заряженные частицы, энергия которых недостижима на самых мощных земных ускорителях.

Ливень элементарных частиц, вызванный всего лишь одной такой сверхбыстрой частицей космических лучей, достигает земной поверхности, расширяясь до площади в десятки километров. Ливни элементарных частиц светятся в атмосфере, испуская излучение Вавилова-Черенкова, – и это свечение могут засечь специальные телескопы. Например, в Аргентине построена обсерватория имени Пьера Оже, которая наблюдает за атмосферными ливнями.

– А что это за излучение – Вавилова и Черенкова? – спросила неугомонная Галатея.

– Когда по озеру плывёт катер, то за ним остаются два пенных «уса», которые расходятся от траектории движения катера. Они возникают, потому что скорость катера больше, чем скорость распространения волн на воде. Когда реактивный самолет летит на сверхзвуковой скорости – от него расходятся такие же по виду воздушные «усы-волны». То же происходит с элементарной частицей, которая двигается со скоростью больше скорости света, – вокруг неё возникают «световые усы», или конусовидное излучение.