Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 06
Почему так получается? Теоретики выяснили, что жизнь пузырька в волне звука состоит из четырех фаз. Сначала он относительно медленно расширяется. Потом относительно медленно сжимается. Затем стенки пузырька развивают огромную, до нескольких километров в секунду, скорость. И наконец, возникает мгновенная ударная волна…
Чтобы вы нагляднее представили себе, насколько велика разница между продолжительностью фаз, приведем такой пример. Если предположить, что весь цикл занимает неделю (а реально он длится 5х10-5 с), то первая стадия продолжалась бы 6 суток, вторая — 1 день, третья — 10 минут и четвертая — доли секунды.
Именно в этот ничтожно короткий срок в самом центре микропузырька концентрируется огромная энергия. Температура там достигает миллиона градусов, как на Солнце, а плотность вещества в несколько раз превышает плотность воды!
Одному из авторов нынешней сенсации, президенту Академии наук Республики Башкортостан, председателю Уфимского научного центра Российской академии наук, академику РАН Роберту Нигматулину, и этого показалось мало. Он предложил своему американскому коллеге, профессору Дику Лэхи: «Давайте попробуем сделать так, чтобы температура при схлопывании ударной волны достигла нескольких десятков миллионов градусов. Тогда в центре микропузырька возникнут условия для начала термоядерной реакции»…
Впервые подобная идея была высказана в докладе на Международной конференции по ядерным реакторам еще в 1995 году. И вот теперь академик Нигматулин решил довести дело до логического конца, осуществить идею на практике, в эксперименте.
Чтобы повысить температуру, нужно было еще увеличить скорость движения стенок пузырька. Сделать это проще всего, подобрав вместо воды какую-либо другую жидкость. В конце концов, наиболее подходящим оказался ацетон. Причем не совсем обычный, а, так сказать, «тяжелый» — в этой органической жидкости атомы водорода были замещены его изотопом — дейтерием.
Теория показывает, что при температуре в десятки миллионов градусов ядра дейтерия сливаются, порождая с равной вероятностью либо ядро радиоактивного тяжелого водорода трития и протон, либо ядро гелия-3 и быстрый нейтрон с энергией 2,5 МэВ. Стало быть, наличие именно этих двух факторов — увеличение содержания трития и поток нейтронов с указанной энергией — и должно было свидетельствовать о ядерной реакции в пузырьке. Причем дополнительный анализ, проведенный уфимскими коллегами Роберта Нигматулина, выявил парадоксальный эффект: для реализации термоядерного синтеза нужен холодный ацетон, хотя бы при температуре около нуля градусов Цельсия.
С финансированием научных экспериментов, соответствующим оборудованием в нашей стране сегодня сложно, поэтому опыты были проведены за океаном, в местечке Оук-Ридж, где располагается один из самых сильных научных центров США. Здесь и удалось установить, что кавитация — то есть возникновение пузырьков в холодном дейтерированном ацетоне — в полном соответствии с теорией действительно дает выброс нейтронов, причем они возникают вместе со вспышками света. Одновременно образуется и тритий. Количество нейтронов и ядер трития колеблется в пределах 10 — 100 тысяч штук в секунду. Последовал принципиальный вывод: в пузырьках идет ядерная реакция.
АМЕРИКАНЦЫ СОМНЕВАЮТСЯ
Статью с подробным описанием эксперимента отправили в авторитетный научный журнал «Сайенс». Несколько месяцев авторы работы через редакцию журнала переписывались с рецензентами, развеивая их сомнения. Наконец публикация состоялась.
Но за две недели до нее американцы в Оук-Ридже, которых руководство центра попросило отрецензировать проект статьи, предложили задержать публикацию, чтобы провести дополнительные совместные измерения и потом опубликовать статью с расширенным коллективом авторов. Дескать, по их измерениям, поток быстрых нейтронов в 10 раз меньше, чем было объявлено.
Пришлось провести дополнительную дискуссию, которая длилась целый день. В конце совещания академик Нигматулин задал оппонентам три ключевых вопроса: «Уверены ли они в том, что в результате реакции производится тритий? Убедились ли они, что образуются быстрые нейтроны с энергией 2,5 МэВ? Согласны ли они, что эти два потока образуются за счет термоядерной реакции между ядрами дейтерия?»
И, получив на все три вопроса однозначное «да», авторы во главе с Нигматулиным отказались отзывать свою статью. Ведь она уже прошла тщательное рецензирование в соответствии с жесткими правилами журнала «Сайенс», и начинать все сначала — значило терять время, а возможно, и свой приоритет в первопубликации.
Научный руководитель ядерного центра Ли Редингер, который вел совещание, признал важность статьи и сказал, что она должна быть опубликована. Тем не менее, оппоненты в последующие дни попытались «давить» на редакцию, о чем откровенно и написал в предисловии к статье главный редактор журнала «Сайенс» Дан Кеннеди.
Академик Р.Нигматулин.
САМ СЕБЕ ГОЭЛРО?
Между тем академик Нигматулин никогда не делал особого секрета из своей работы. Еще год с лишним назад в своей статье «Солнце и термоядерная бомба в пузырьке», опубликованной в сборнике «Сумма технологий», он писал:
«Научные открытия, как и люди, имеют свои судьбы. Некоторые из них настолько плодотворны, что могут заряжать энергией не одно поколение исследователей. К числу таких открытий, несомненно, относится явление сонолюминесценции — наблюдаемое невооруженным глазом свечение в жидкости под действием акустического поля».
И дальше рассказал, что если раньше акустическую кавитацию со свечением использовали в относительно небольших химических реакторах для получения различных химических превращений и очистки жидкостей от вредных примесей, а также ускорения некоторых химических реакций, то ныне открываются новые горизонты.
«В 90-х годах началось интенсивное изучение свечения одиночного газового пузырька под действием акустического поля американцами в университетах Сиэтла (Л. Крам) и Лос-Анджелеса (С. Наттерман) и парового пузырька, образованного вспышкой лазера в жидкости (Тесленко в Новосибирске, Лаутерборн в Геттингене), — продолжал далее свой рассказ академик Нигматулин. — В последние годы этой темой стали заниматься и в ядерных центрах в России (Снежинск) и в США (Ливермор, Оук-Ридж).
Теоретический анализ процесса вместе со мной активно ведет группа исследователей в Уфе и Тюмени. Это профессора И.Ш Ахатов, А.А. Губайдуллин, кандидаты наук Н.К. Вахитова, Р.Х. Болотнова, аспиранты А. Топольский, К. Закиров, Э. Насибуллаева. Мы активно сотрудничаем с группами из Российского ядерного центра в Снежинске (профессор В.А. Симоненко) и американского ядерного центра в Оук-Ридже (д-р Р. Талейархан), с учеными в Ренсселаировском университете (профессор Р. Лэхи) и в Геттингенском университете (профессор В. Лаутерборн)».
И результаты такой массированной научной атаки не заставили себя долго ждать. Описав факторы, которые, по его мнению, могут влиять на ход процесса, академик далее прямо пишет: «…Весь процесс аналогичен инициированию взрыва водородной бомбы, только чрезвычайно крошечной. Именно это обстоятельство вносит особый нерв в исследования».
Итак, предположим, исследователям удалось получить в ацетоновом пузырьке маленькую модель сверхмощной бомбы. Что из этого следует?
Ответом на этот вопрос занимается, в частности, группа ученых, работающая в Институте механики Уфимского научного центра РАН и Тюменского Института механики многофазных систем СО РАН. Ими уже реализован алгоритм, дающий возможность численно рассчитать процесс расширения и сжатия газовых и паровых пузырьков при наличии тепло- и массообменных процессов в различных жидкостях.
Возможно, именно здесь лежит ключ к созданию дешевого сверхкомпактного безопасного термоядерного реактора, своего рода «личного солнца», которым в будущем сможет пользоваться каждый завод, каждая семья для отопления своего индивидуального коттеджа. Эта же установка даст и электричество для дома. И не нужно будет никаких линий электропередачи, никто не будет зависеть от РАО ЕС, «Газпрома». Каждый сможет проводить в жизнь свой собственный план электрификации.
Кроме того, реализация режима суперсжатия пузырьков может оказаться полезной и для развития новых технологий, требующих высоких давлений, например, для получения алмазов и производства других уникальных веществ, отмечает академик Нигматулин.
График изменения температуры в центре пузырька на финальной стадии суперсжатия газа за счет фокусировки ударных волн, инициированных на границе пузырька.
