Введение. 
Термоядерный реактор

Источники энергии на Земле известны, об этом пишут все. Рассуждают о том, на сколько лет хватит нефти и сколько будет стоить киловатт-час при возврате к углю. Прогнозами эти рассуждения назвать нельзя: футурологический прогноз — это ответ на вопрос, как будут жить люди. Перейдут на энергосберегающие технологии, поставят в окна тройные стеклопакеты, сделают гибридный автомобиль с уменьшенным в несколько раз потреблением бензина? Или будут сидеть в подземельях, общаться по Сети, видеть мир на экране монитора, есть хлореллу? На дефицит энергии можно реагировать по-разному.

Но откуда брать тогда энергию? Недостатки и ограничения атомной энергетики и «возобновляемых источников» известны. Иногда эти источники настолько просты и, кажется, близки… вот он, под ногами, неисчерпаемый источник энергии — глубины Земли. Вот второй — висит над головой, Солнце. «Много ли человеку земли надо?» — вопрошает классик. И физик немедленно отвечает — один квадратный метр. На него бесплатно падает сверху, через него бесплатно прёт снизу энергия, потребляемая в среднем одним человеком. Но поди ж возьми ее… Так что все эти методы развиваются и совершенствуются, и не будь у человечества других возможностей, может, и заменили бы нефтяные скважины гидротермальными, а угольные шахты ветряками. Но пока как решение энергетической проблемы в целом актуально другое направление Атомную энергию, что в реакторе, что в бомбе, человек получает, разделяя ядра тяжелых элементов на более легкие. Однако мир устроен так, что энергия, приходящаяся на нуклон, максимальна для железа (в учебниках это так и называется — железный максимум). А раз максимум посередине, то энергия будет выделяться не только при распаде тяжелых, но и соединении легких элементов. Этот процесс называется термоядерным синтезом, именно он идет в водородной бомбе и термоядерном реакторе.

Термоядерных реакций, реакций синтеза, известно много. Источником энергии могут быть те, для которых есть недорогое топливо. Причем возможны два принципиально разных пути запуска реакции синтеза.

Первый путь — «взрывной»: некоторая энергия тратится на приведение очень небольшого количества вещества в необходимое исходное состояние, происходит реакция синтеза, выделившаяся энергия преобразуется в удобную форму. Собственно, это будет водородная бомба, только весом в миллиграмм. В качестве источника исходной энергии использовать атомную бомбу нельзя — она не бывает «маленькой». Поэтому предполагалось, что миллиметровая таблетка из дейтерий-тритиевого льда (или стеклянная сфера со сжатой смесью дейтерия и трития) будет облучаться со всех сторон лазерными импульсами. Плотность энергии на поверхности должна быть при этом достаточно высокой. А достаточно высокая — это такая, при которой давление внешнего слоя на внутреннюю часть таблетки запускает реакцию синтеза. Кроме того, импульс должен быть настолько коротким, чтобы вещество, превратившееся за наносекунду в плазму с температурой в десять миллионов градусов, не успевало бы разлететься, а давило бы на внутреннюю часть таблетки. Внутренняя часть сжимается до плотности, в сто раз большей, чем плотность твердых тел, и нагревается до ста миллионов градусов. Для реакции синтеза — самое оно.

Второй путь. Исходные вещества можно нагреть относительно медленно, они превратятся в плазму, а потом в нее можно любым способом вводить энергию, вплоть до достижения условий начала реакции. Для протекания термоядерной реакции на смеси дейтерия с тритием и получения положительного выхода энергии (когда энергия, выделившаяся в результате реакции, будет больше энергии, затраченной на ее осуществление) необходимо создать плазму с плотностью 1014 частиц/см3 (10−5 атм.), нагреть примерно до 100 млн градусов (чтобы ядра могли сблизиться, несмотря на кулоновское отталкивание) и поддерживать это состояние не менее секунды (критерий Лоусона). В этом втором способе главная проблема — устойчивость плазмы. За секунду она много раз успеет расшириться, коснуться стенок камеры и охладиться.

По ситуации на сегодня плазма выиграла у лазера — международное сообщество приступает к строительству демонстрационного реактора. Этот реактор не будет настоящим источником энергии, но он спроектирован так, что после него — если все нормально заработает — можно приступить к строительству «энергетических», то есть предназначенных для включения в энергосеть, термоядерных реакторов. Самые крупные физические проекты (ускорители, радиотелескопы, космические проекты) становятся такими дорогими, что двое игроков оказываются не по карману даже объединившему свои усилия человечеству.

Какое-то время казалось, что у обоих направлений есть шансы. Почему победила плазма? Научные и технические проблемы имелись в избытке и на том направлении, и на другом. Но лазерное требовало хорошего взаимодействия специалистов из множества несвязанных областей. И на лазерном же направлении было менее эффективно международное взаимодействие, потому что… как бы это помягче сказать… сверхмощные лазеры некоторое время рассматривались как возможное оружие.