Тема энергетики будущего интересна сама по себе. Мне довелось присутствовать при споре серьезных и честолюбивых физиков и, честно говоря, во мне это вызвало белую зависть: как легко люди манипулируют терминами, формулами и понятиями, которые в школе вызывали у большинства из нас зубную боль. К тому же их работа полна своеобразной поэзии и красоты: они отправляют в космос корабли, «на ты» с природой атома… Но каждому свое. Зато я постараюсь перевести на понятный и доступный язык те вопросы, которые поднимали ученые мужи, и хоть на время почувствую себя причастной к великому делу.

Как бы ни пугали людей скорым полным исчезновением запасов нефти и газа, это все-таки произойдет не скоро. Вопрос здесь в другом. Сжигание несметного количества топлива, огромное число углекислоты, выбрасываемой при этом в атмосферу, порождает массу экологических проблем. Мир стоит перед выбором: продолжать и дальше надеяться на способность матушки-Земли выдерживать эксперименты над природой или все-таки помочь ей? Альтернативные источники энергии — путь к спасению.
Солнце и ветер — неисчерпаемый энергоресурс
Всего одной сотой доли той энергии, которая доходит от Солнца до Земли за один год, хватило бы, чтобы обеспечить человечество не на один век.
История солнечной энергетики началась в 1883 году, когда физик Чарльз Фриттс создал первый солнечный электрический модуль — селен, покрытый очень тонким слоем золота. Такое сочетание элементов преобразовывает меньше одного процента солнечного света в электроэнергию. В 1953 году американец Джеральд Персон во время опыта случайно установил, что кремний, покрытый определенными примесями, намного более чувствителен к солнечному свету, чем селен. Можно сказать, что с этой даты и стартовали исследования по практическому использованию солнечной энергии — была создана первая солнечная ячейка. С тех пор прошло немало лет, отмеченных постепенным усовершенствованием солнечных батарей. Они работают на космических станциях и аппаратах, обогревают дома и офисы. Доходы от солнечной энергии приближаются к 7 млрд. долларов США в год. Лидируют в этой области Япония, США, Германия, где уже к 2010 году планируется дойти до уровня 25% всей производимой электроэнергии.
В нашей стране эта идея почему-то не находит поддержки, хотя первая в СССР солнечная электростанция была построена в Крыму. А ведь мы живем в режиме жесткой энергетической зависимости, и отказываться от возможностей, которые открываются с перспективой использования солнечной энергии, недальновидно.
Еще один источник, также нестабильный, но тоже экологически чистый и безвредный — ветер. Силу ветра люди используют давно: паруса, ветряные мельницы, водонасосные станции и т.п. Первая в мире ветряная электростанция мощностью в 100 кВт была построена в 1932 году в Крыму.
Мощность ветрогенератора полностью зависит от площади лопастей и, конечно, силы ветра. Поэтому наиболее перспективными для развития ветроэнергетики являются прибрежные зоны. Широкого применения ветрогенераторы, однако, так и не получили. Существует ряд факторов, делающих их не совсем удобными в эксплуатации. Главная проблема — механизм торможения. К тому же крутящиеся лопасти издают шум, вибрацию и могут вызвать сбои в работе теле- и радиоаппаратуры. И все же в некоторых странах — таких как Швейцария, Голландия, Германия — ветряная установка — почти обязательный атрибут сельского пейзажа. Фермерам намного выгоднее не покупать, а производить и даже продавать соседям электроэнергию.
Научная фантастика в жизни
Энергия термоядерного синтеза вот уже более полувека притягивает физиков и энергетиков. Идея бесподобно красива и на первый взгляд проста — соединить ядра двух изотопов водорода, дейтерия и трития, причем так, чтобы началась самоподдерживающаяся реакция, и качать из этой реакции энергию, которая безопасна и практически неисчерпаема, потому что водорода у нас на Земле хватит очень и очень надолго. К тому же это экологически чистое топливо.
Не будем перегружать читателя терминологией, просто вкратце расскажем историю создания проекта строительства термоядерного реактора. На первый взгляд, после быстрых успехов с энергией распада, созданием бомбы, строительством АЭС, казалось, так же быстро разберутся и с термоядом. Все оказалось сложнее — для зажигания реакции требуются немыслимые давления и температуры. Но эти технические сложности никого не остановили, ученые разработали более ста концепций, позволяющих этих условий достичь. Казалось, вот-вот — и желанная цель будет достигнута. Но каждый раз цель ухитрялась спрятаться за тут же возникающими проблемами и помехами. В конце концов стало ясно, что ни одна страна в одиночку проект не вытянет. Так в конце 80-х возник проект ITER при участии США, Японии и Европы. Потом присоединились СССР и Канада. Затем, после ряда взаимных обид, демонстративных уходов и возвращений, проект ни шатко ни валко, но продолжал реализовываться. Наконец, в 2005 году страны-участницы подписали протокол, в котором было указано место строительства реактора — французский исследовательский центр «Кадараш».
Строительство реактора начинается в 2007 году. По окончании строительства, в 2015 году, начнется 20-летний период исследований и экспериментов. Станет ITER новой вехой в энергетике? Вопрос пока остается открытым: слишком дорого. Сегодня проект, по разным оценкам, стоит от 13 до 20 миллиардов долларов.
Идея «холодного термояда», несмотря на всю свою фантастичность, кажется перспективной, т. к. серьезно привлекает к себе внимание военных, а эти ребята редко ошибаются.
История «акустического термояда» берет начало в 2002 году, когда американский ученый Рузи Талейархан из Ок-Риджской лаборатории продемонстрировал настольную лабораторную установку, в которой протекала уникальная реакция термоядерного синтеза. А необычность эксперимента заключалась в том, что для возникновения реакции потребовалось всего лишь «взрывать» крошечные пузырьки газа в холодной жидкости под действием ультразвуковых волн. Для образования пузырьков газа в ацетоне использовался нейтронный пучок, а атомы водорода были заменены на атомы дейтерия — более тяжелого его изотопа. Удалось зарегистрировать как излучение света и ударные волны, так и сопутствующее им излучение высокоэнергетичных нейтронов, обычно сопровождающих превращение дейтерия в гелий. К тому же было зарегистрировано повышение уровня трития — налицо ядерная реакция на простом лабораторном столе. Революционная работа вызвала шквал комментариев, среди которых было немало скептических. Однако в 2005 году группа американских ученых из университета Пердью повторила эксперимент Талейархана и подтвердила реальность «холодного термояда», который, в отличие от своего «горячего» собрата, более экономичен. Какая идея окажется более жизнеспособной, покажет время. Несмотря на огромное число противников и просто недоверчивых, примерно половина ученых убеждена, что за термоядом — будущее.
Перспективе термояда некоторые физики противопоставляют идею атомно-водородной энергетики. Главный источник энергии — экологически чистый и практически неисчерпаемый водород, получаемый в атомных реакторах, работающих на быстрых нейтронах и не выбрасывающих в атмосферу углекислоту — такова принципиальная концепция, разрабатываемая учеными института. То есть главная идея проекта — водородная энергетика не вместо атомной, а как дополнение. Сторонники атомно-водородной энергетики убеждены, что их идея проще, доступнее, экономичнее, чем идея термоядерной энергетики.
И совсем уж фантастическая перспектива — использование антивещества. В антивеществе привычные нам протоны и электроны заменены на антипротоны и позитроны. Можно сказать, что антиматерия является отражением окружающего нас мира. При контакте вещества и антивещества происходит процесс аннигиляции, при котором высвобождается колоссальное количество энергии. На этом и базируется сама идея.
А история одного из самых захватывающих открытий физики началась почти сто лет назад, когда французский ученый Поль Дирак вывел странную формулу, из которой следовало, что, в соответствии с теорией относительности, помимо обычных элементарных частиц должны существовать частицы с обратным зарядом — своеобразные античастицы. Спустя несколько лет американский физик Карл Андерсон, исследуя взаимодействие газа с частицами высоких энергий, прилетающих из космоса, обнаружил на фотопластинке следы, оставленные частицами, по массе равными электронам, но имеющими явно положительный заряд. (Позже антиэлектрон был назван позитроном).
С этого началась история изучения антиматерии. В качестве материала использовались уже не космические лучи: для получения частиц, обладающих огромным запасом энергии, были созданы ускорители частиц. Ускоритель представляет собой полую трубу, на всем протяжении которой установлены магнитные катушки. Подавая в трубу пучок частиц, их можно разгонять до немыслимых скоростей при помощи магнитного поля. При этом идет процесс роста энергии частиц. Затем на пути ставится металлическая преграда, ударяясь о которую частицы распадаются. Если энергии достаточно, то можно надеяться на рождение новых элементарных частиц и античастиц. Именно так и были получены антипротоны, антиэлектроны, а потом и несколько атомов антивещества, просуществовавшие, впрочем, миллиардные доли секунды. Но ученых это не смущает. Не так давно в Европейском центре ядерных исследований (CERN) в Женеве в ходе эксперимента на ускорителе было получено сразу 50 тысяч атомов, что позволяет надеяться на получение качественно новой субстанции для изучения.
Сейчас специалисты работают над созданием своеобразного хранилища антивещества, ведь оно, по определению, должно мгновенно вступить в процесс аннигиляции. За основу взята идея вакуумной камеры, помещенной в замкнутый кокон из управляемых электромагнитных полей.
…Преодоление энергетического кризиса — одна из глобальных задач, стоящих перед человечеством. При этом необходимо сохранить экологическое равновесие на планете — это вопрос выживания. Будущее может быть связано только с принципиально новыми подходами к проблеме: перестать без нужды жечь углеводороды и найти альтернативные источники энергии.

ЦЕРН (CERN) — Conseil Europeen de la Recherche Nucleaire (Европейская организация ядерных исследований) в Женеве. В настоящее время ее членами являются 20 стран и 6 стран имеют статус наблюдателя. Официальный «день рождения» центра — 29 сентября 1954 года. Идея создания ЦЕРНа принадлежит нобелевскому лауреату, французскому физику Луи де Бройлю. Сегодня в центре на экспериментальном оборудовании работают более 7000 ученых из 500 научных центров и университетов мира. Здесь была создана Всемирная паутина Интернет. Здесь находится самый мощный в мире ускоритель. В ЦЕРНе проводятся самые смелые эксперименты, именно здесь создается база «энергетики будущего». Наверное, это единственное в мире место, где ученые ведущих держав работают за идею «чистой науки», без политических амбиций и разногласий.