Столетие новых прорывных технологий открыто
Продолжение беседы заместителя главного редактора по науке ИА REGNUM Андрея Сверчкова с автором ряда крупнейших научных открытий рубежа веков физиком-ядерщиком Аллой Корниловой (физфак МГУ им. М.В. Ломоносова) о четвертьвековом научном поиске и экспериментальном получении управляемой реакции ядерного синтеза.
* * *
А.А. Корнилова: 1989 год. Ошеломляющая новость — о возможности ядерного синтеза во время электролиза. Это, конечно, для физиков-ядерщиков совершенно нелепая информация
А.А. Корнилова:. И, тем не менее, задание дано — надо проверить.
Наша лаборатория была экспертной лабораторией. Я уже рассказывала о том, как работала лаборатория и кто нас курировал (см. «Алхимия на этапе промышленного внедрения»). Снимались многократно фильмы. Приезжали иностранцы. Наш руководитель — профессор Рунар Николаевич Кузьмин делал на весь мир сообщение о том, что и наша лаборатория обнаруживает продукты ядерного синтеза в электролитических ванночках. Демонстрировал наши установки, которые были сделаны в это время очень быстро.
* * *
СПРАВКА ИА REGNUM: Хронологическая таблица из книги Кузьмин Р.Н., Швилкин Б.Н. «Холодный ядерный синтез
До холодного ядерного синтеза
Водород, дейтерий, тритий и состоящая из них вода существовали вечно. Уже 3000 лет тому назад древние греки, не различая составных элементов воды, делали попытки разложить ее. Опыты оканчивались неудачно: вода превращалась в пар. В средние века был открыт водород (имя ему дал М.В. Ломоносов — газ, «рождающий воду» в химических реакциях восстановления). В 1866 г. Т. Грэм открыл способность металлического палладия активно поглощать водород в большом количестве.
В 1926 г. Ф. Панет и К. Петерс опубликовали статью о превращении водорода в гелий (в эксперименте палладий насыщался водородом в газовой среде под давлением).
В 1927 г. Дж. Тандберг повторил этот эксперимент, но уже насыщая палладий водородом с помощью электролиза.
В 1929 г. Аткинсон и Хаутерманс высказали гипотезу о существовании ядерного синтеза внутри Солнца.
В 1932 г. Г. Юри открыл изотоп водорода, дейтерий D или 2Н. Ядро дейтерия представляет собой связанное состояние протона и нейтрона. Большое различие масс D и протия 1Н обусловливает различие их изотопических свойств. В будущем дейтерий станет основным ядерным топливом. Тяжелая вода D20 представляет собой лучший из известных замедлителей быстрых нейтронов.
В 1936 г. открыт тритий, Т или 3Н, сверхтяжелый изотоп водорода, Ядро Т состоит из 2 нейтронов и 1 протона. Тритий нестабилен, он распадается по схеме
31H — 31He + e— + ν
с периодом полураспада 12,4 года.
В том же году К. Андерсон и С. Неддермейер впервые обнаружили мюоны.
В 1947 г. Ф. Франк впервые указал на способность я-мезонов вызывать ядерные реакции.
Начало эры холодного ядерного синтеза
В 1948 г. А.Д. Сахаров предложил практическое использование мюонов. Его идея состояла в том, что если образуются мезомолекулы dd μ и dt μ, то почти мгновенно легкие ядра вступят в реакцию синтеза.
В 1954 г. Я.Б. Зельдович оценил вероятность образования мезомолекулы pd μ и нашел, что за время своей жизни μ-мезон может образовать мезомолекулу лишь с вероятностью в несколько процентов.
В 1956 г. Л. Альварец открыл явление pdμ-синтеза, названное катализом ядерных реакций.
* * *
СПРАВКА ИА REGNUM
Луис Уолтер Альварес (1911−1981) — американский физик экспериментатор, нобелевский лауреат 1968 года, в 1944 году был приглашен Робертом Оппенгеймером для работы в «Манхэттенском проекте». Автор взрывателя для плутониевой бомбы «Толстяк», сброшенной 9 августа 1945 года на Нагасаки. Участвовал в полётах при проведении первого испытания атомной бомбы и бомбардировке Хиросимы.
Луис Альварес считается на Западе первооткрывателем мюонного катализа, который можно считать первой попыткой получения управляемого ядерного синтеза при нормальных условиях, так как достоверных рассекреченных документов, подтверждающих факт существования и достижения альтернативного фашистского «холодносинтезного» атомного проекта, о котором довольно много пишут, в открытом доступе не существует. Пионерные работы советских физиков по мюонному катализу до 1990-х годов были за границей неизвестны.
Термин Cold Fusion — «холодный ядерный синтез» — был впервые придуман журналистами The New York Times во время ажиотажа в прессе, связанного с работами Альвареса в 1956 году. Сенсационные конференции, ожидания прорыва в энергетике, перспективы новых видов дешёвых водородных бомб без нагрева в миллионы градусов и урана.
Конференция М. Флейшмана и С. Понса 1989 года многим учёным напоминает дежавю информационной компании, развернутой вокруг работ Л. Альвареса в 1956 году. В разгар начавшейся «водородной» гонки, которая закончилась взрывом на Новой Земле советской «Царь-бомбы» в 50 мегатонн, параллельно развернулась информационная война между США и СССР за статус главного «миротворца». Запад в 1955 году делает ход первым — появляется манифест Рассела-Эйнштейна против угрозы мировой ядерной войны с использованием недавно испытанных водородных бомб. В манифесте, подписанном в частности говорилось:
«Общественность и даже многие государственные деятели не понимают, что будет поставлено на карту в ядерной войне… Все хорошо знают, что новые бомбы более мощные по сравнению со старыми… одной водородной бомбы хватило бы для того, чтобы стереть с лица Земли крупнейшие города, такие как Лондон, Нью-Йорк и Москва. Нет сомнения, что в войне с применением водородных бомб большие города будут сметены с лица Земли. Но это ещё не самая большая катастрофа, с которой придется столкнуться… теперь мы знаем, особенно после испытаний на Бикини, что ядерные бомбы могут постепенно приносить смерть и разрушение на более обширные территории, чем предполагалось».
Мы авторитетно заявляем, что сейчас может быть изготовлена бомба в 2500 раз более мощная, чем та, которая уничтожила Хиросиму. Такая бомба, если она будет взорвана над землёй или под водой, посылает в верхние слои атмосферы радиоактивные частицы. Они постепенно опускаются и достигают поверхности земли в виде смертоносной радиоактивной пыли или дождя… Никто не знает, как далеко могут распространяться такие смертоносные радиоактивные частицы. Но самые большие специалисты единодушно утверждают, что война с применением водородных бомб вполне может уничтожить род человеческий».
Советский союз в 1956 году отвечает неожиданным предложением по организации совместных международных исследований в области управляемого термоядерного синтеза — знаменитая лекция И.В. Курчатова в английском секретном ядерном центре Харуэлл. Никакой стратегической опасности в рассекречивании данной тематики не было, так как Игорь Васильевич прекрасно понимал, что все усилия человечества не приведут к практическому результату в овладении термоядерным синтезом и за 100 лет. Теперь мы знаем, что обе стороны параллельно вели работы по различным вариантам получения «холодного» управляемого и неуправляемого синтеза, которые давали надежду на реальный отрыв от соперника в атомной гонке.
* * *
В 1957 г. предсказано явление отравления мюонного катализатора. Дж. Джексон установил, что мюон в каталитическом процессе может быть захвачен альфа-частицей, что снижает скорость реакций. Независимо подобные оценки сделал Я.Б. Зельдович.
В 1958 г. С.С. Герштейн предположил, что в молекуле ddμ существует слабосвязанный уровень с энергией 7 эВ.
В 1966 г. В.П. Джелепов экспериментально обнаружил зависимость скорости мюонного катализа от температуры.
В 1967 г. Э.А. Весман объяснил физические процессы, протекающие в мезомолекулярном комплексе, на основе резонансного механизма.
В 1977 г. С.С. Герштейн и Л.И. Пономарев на основе модели Весмана сделали вывод о том, что при определенных температурах и давлениях мюонный катализ дейтерия и трития должен протекать гораздо быстрее. В.П. Джелепов с сотрудниками провел дополнительные эксперименты в широком интервале температур и снял полную резонансную кривую зависимости скорости образования мезомолекул dd р, от температуры.
В 1979 г. В.П. Джелепов измерил нижнюю границу скорости образования мезомолекул. Оказалось, что они образуются за время, меньшее 10−8 с.
В 1981 г. В.И. Высоцкий и Р.Н. Кузьмин опубликовали теоретические исследования о возможности ядерного синтеза с положительным энергетическим балансом в конденсированной (твердотельной) среде без участия мюония. Выдвинута идея о снижении кулоновского барьера в реакциях синтеза в твердых телах в тысячи раз.
В 1981 г. Герштейн с соавторами и независимо Дж. Форентини и Л. Браччи пришли к выводу, что около 25% мюонов, прилипших к альфа-частицам, становятся свободными и могут вновь участвовать в процессе мюонного катализа.
В 1982 г. С. Джоунс начал исследования с мюонием в смеси дейтерия с тритием под давлением в тысячи атмосфер и подтвердил резонансную модель Л.И. Пономарева и работы Джелепова.
В 1984 г. Ю.В. Петров предложил схему мезокаталитического реактора, окруженного урановой оболочкой — бланкетом.
В 1986 г. С. Джоунс рассчитал скорость мюонного катализа и показал, что она может доходить до 10~20 слияний в 1 с на одну молекулу D2. Им же выдвинута идея «пьезоядерного» синтеза в твердом теле.
В 1986 г. опубликованы работы Б.В. Дерягина о наблюдении надфонового нейтронного потока при механическом разрушении дейтерида лития.
11 марта 1989 г. М. Флейшманн, профессор химии Саутгемптонского университета (Англия) и его бывший аспирант, ныне профессор, декан химического факультета университета штата Юта (США) С. Понс направили в «Журнал электроаналитической химии» статью «Синтез ядер дейтерия, вызванный электрохимически». Препринт в окончательном виде был готов 20 марта.
23 марта состоялась пресс-конференция Флейшманна и Понса в Ютском университете. На ней было объявлено об осуществлении холодного ядерного синтеза при электролизе тяжелой воды катодом палладия и анодом платины.
31 марта поступило сообщение из Венгрии о подтверждении ядерного синтеза. Зарегистрированы нейтроны.
7−9 апреля на физическом факультете МГУ при электролизе тяжелой воды обнаружено превышение нейтронов над фоном в 4—5 раз и выход нейтронов после электролиза.
10 апреля, по сообщению газеты «Правда», в Харькове проведен успешный эксперимент по низкотемпературному ядерному синтезу.
12 апреля состоялась международная конференция на Сицилии, в Эрике, где впервые в Европе выступили с докладом Флейшманн и Джоунс. Присутствовали 50 участников. К этому времени результаты Флейшманна и Понса никто не подтвердил, а данные Джоунса никто не опроверг.
12 апреля в Далласе (США) состоялся симпозиум Американского химического общества. По словам его президента К. Каллиса, «он был большим и спешным». Понс прочитал открытую лекцию по холодному ядерному синтезу.
12 апреля П. Хагельстайн (Массачусетсский технологический институт) передал для публикации в «Физикал Ревью леттерс» четыре статьи, посвященные теории холодного ядерного синтеза.
11 апреля представитель Вашингтонского университета в Сиэтле сообщил, что два аспиранта, Ван Эден и Вэй Лю, обнаружили тритий при электролизе тяжелой воды, а контрольные опыты с обычной водой дали отрицательный результат.
17 апреля профессора Ютского университета Ч. Уоллинг и Дж. Саймонэ предложили теорию химических процессов ядерного синтеза.
17 апреля министерство ВМС США объявило о финансировании исследований в Ютском и Техасском университетах.
17 апреля профессор Ф. Скарамуцци во Фраскатти (Италия) обнаружил выход нейтронов из танталовых образцов, насыщенных дейтерием в газовой среде под давлением и при низкой температуре (-77 К).
24 апреля министерство энергетики США объявило, что дано указание десяти национальным лабораториям активизировать попытки повторить эксперимент Флейшманн — Понса.
27 апреля Западный резервный университет Кейса в Кливленде (США). Группа исследователей под руководством профессора У. Ландау получила избыток тепла в 8−30%.
1−2 мая в Балтиморе (США) на заседании Американского физического общества было выражено негативное отношение физиков к опытам Флейшманна — Понса и снисходительное — к опытам Джоунса.
23−25 мая состоялся симпозиум Национального электрохимического общества США в Лос-Анджелесе. Профессор Р. Шриффер: «Скептическое отношение к холодному ядерному синтезу в результате симпозиума ослабело». На симпозиуме Национальная лаборатория США в Лос-Аламосе впервые заявила о наблюдении импульсного выхода нейтронов, значительно превышающего фон.
20 июня «Московская правда» в лысенковском духе осудила исследователей холодного ядерного синтеза.
* * *
А.А. Корнилова: Да, совершенно верно. Знаете, управляемый ядерный синтез — это проблема современности номер один, я так считаю. Потому что это и энергетика, это и право, как говорится, быть сильным в этом мире.
* * *
СПРАВКА ИА REGNUM
Из книги Джеда Ротвелла «Холодный синтез и будущее» (2005), глава «Оружие террора и оружие массового поражения», стр. 103:
«Большинство экспертов говорят, что ядерная бомба с холодным термоядерным оружием физически невозможна. Будем надеяться, что они правы. Холодные термоядерные устройства дешевы. Если такая бомба возможна, то кто угодно сможет собрать сотни устройств размером с коробку для обуви, каждое из которых обладает мощью бомбы Хиросимы и стоит всего несколько тысяч долларов. Они не будут радиоактивными, поэтому их будет нельзя обнаружить. Этот маловероятный сценарий отражен на обложке журнала «Популярная механика», напечатанном в августе 2004 года».
Другое потенциальное направление военного применения технологий холодного синтеза — это усиление обычных взрывчатых веществ в десятки раз, а также увеличение мощности ракетного топлива. Представьте такую картину: разрывная пуля винтовки разносит тяжёлый танк.
* * *
А.А. Корнилова: Новое вооружение. Поэтому говорить о том, что сегодня эта проблема уже решена и мы к ней относимся более лояльно — нельзя. Но в те годы это был очень высокий энтузиазм. Когда все учёные надеялись на очень быстрый успех. К этому быстрому успеху подключилось огромное количество людей, которые не стали разбираться глубоко в моделях, в теориях, в возможностях реализации. Просто стали делать экспериментальные работы и этих работы было очень много. Очень много. У кого какие были возможности. Это мог быть электролиз, это мог быть тлеющий разряд, повторяющий установки И.С. Филимоненко.
Это был дейтерированный лёд у академика Б.В. Дерягина (1986) — его тоже стали все повторять. Это было исследование материалов атомных реакторов, где использовался дейтерированный титан…
А.А. Корнилова: Пузырьковый синтез академика Забабахина. То есть масса работ, и они должны были, конечно, очень быстро дать результат. И это могло случиться действительно 20 лет назад.
Но существовало такое всеобщее мнение «большой» академической науки, которые решили, что не подошло еще время создавать что-либо ошеломляющее. А вот по принятым решениям, «горячему» ядерному синтезу, который в то время устойчиво развивался на установках Токамак планировалось большое международное сотрудничество. Там всё надёжно, там понятно — какие требуются температуры, какое давление. А здесь всё непонятно, и занимаются «холодным» синтезом кто попало помимо физиков-ядерщиков. Электрохимики занимаются.
Была такая не подготовленная среда для получения окончательных результатов. Не было создано мыслительного теоретического центра, который мог бы собрать все экспериментальные данные. Выдать, скажем, результат, который пояснил бы, что же мы имеем, что мы делаем и когда мы получим окончательное решение проблемы, названной вслух. Очень обидно, что эти 20 лет прошли в тех ограничениях, когда наука стала «лженаукой», когда финансирование исследований по «холодному» ядерному синтезу было категорически запрещено, когда фраза на эту тему превращала вас в «лжеучёного», выбрасывала из научной среды. Очень жестоко время обошлось с теми, кто, может быть, реально был близок к хорошим результатам.
* * *
СПРАВКА ИА REGNUM
Среди тех, кто не просто был не просто «близок к получению хороших результатов», а успел получил таковой, был профессор Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова (МГТУ) Анатолий Васильевич Вачаев (1934−2000), автор уникальной установки «Энергонива». Как рассказывают сотрудники кафедры, на которой работал А.В. Вачаев, открытие, которое привело к создания установки, было сделано во время аварии на одном из металлургических плазматронов в 1993 году.
«Энергонива» существовала в двух вариантах. В общедоступном демонстрационном — «импульсном» варианте её может собрать любой желающий на основании чертежей и описаний, имеющихся в интернете. Эффекты, полученные на «демонстрационном» варианте установки многократно воспроизводились различными исследовательскими группами и научно подтверждены. Это касается применения «Энергонивы» для решения задач утилизации радиоактивных отходов, очистки промышленных стоков и получения различных веществ (в первую очередь металлов) с помощью низкотемпературной трансмутации химических элементов.
Что касается рабочего непрерывного варианта «Энергонивы», то считается, что ноу-хау этой установки осталось так и не раскрытым после смерти профессора Вачаева в 2000 году. В конце 1990-х годов про «Энергониву» были сняты два документальных фильма. Первый, про очередное «русское чудо», был снят BBC, но несмотря на обещания англичан, так и не вышел на экраны. Второй был снят режиссёром-документалистом, ведущим авторской программы на магнитогорском телевидении Александром Сидельниковым, все видеоматериалы фильма были изъяты некими сотрудниками спецслужб.
История напоминает очередной миф, подобный историям про установки Николы Теслы и Ивана Филимоненко, которые никто не видел и никогда не воспроизвел. Но дело в том, что установку Вачаева видели сотни людей. На «Энергониве» на протяжении нескольких лет студенты МГТУ делали курсовые работы, А.В. Вачаев читал спецкурс, для которого было написано официальное учебное пособие А.В. Вачаев, Н.И. Иванов, Г.А. Павлова, А.И. Иванов. Механизм и энергетика фазовых переходов: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГМА, 1996. 74 с.
Работа «Энергонивы» была настолько фантастична и убедительна, что работу Анатолия Вачаева сразу поддержали не только в университете, но и на Магнитогорском металлургическом комбинате. Уже в 1994 году началось проектирование опытной промышленной установки.
Как вспоминает бывший начальник цеха Александр Пирожков, отвечавший за внедрение установки, технико-экономические расчеты для научно-технического совета комбината показали, «что если на установку запустить технологические стоки Магнитки, то комбинат мог полностью отказаться от закупок железной руды, получая необходимое железо сам из стоков комбината. При этом стоки можно было бы очищать, как позже выяснилось, с помощью той же «Энергонивы». Однако вскоре началась попытка рейдерского захвата и раздела комбината, руководителей поменяли.
Дочь и соавтор профессора Вачаева — Галина Анатольевна Павлова — в 1997 году защитила в Екатеринбурге кандидатскую диссертацию на тему «Разработка основ технологии получения металлов из плазменного состояния водно-минеральных систем». Члены диссертационного совета сразу прервали защиту диссертации, как только услышали, что все элементы получаются из воды. Тогда всю комиссию пригласили на установку, заранее смонтированную в соседней комнате, и продемонстрировали весь процесс. После этого все проголосовали единогласно.
Будем надеяться, что несколько исследовательских групп, которые продолжают заниматься «Энергонивой» Анатолия Вачаева, в ближайшее время раскроют её загадку.
* * *
Корнилова А.А.: Но не пропускались публикации, не финансировались работы. Некоторых людей выгоняли с работы, если они выполняли подобные исследования. Неправильно! Наука должна быть свободной. И любой образованный мыслящий человек имеет право и говорить, и работать, и превращать свои знания в какие-то технологии. Так прошли эти 20 лет.
Сегодня отношение к работам по управляемому ядерному синтезу, по моему мнению, перестали быть жестко изгоняемыми работами. К ним стали относиться более аккуратно. Стали прислушиваться, стали просматривать результаты. Потому что люди, которые десятилетиями вели эти работы, в общем-то разобрались во многом. И сегодня инициируется очень много работ, которые могут привести к хорошим нормальным технологиям, они, можно сказать, наконец встают на ту ступень, когда может быть в них в конечном счёте разберутся и скажут что-то положительное.