Проблема энергетики

Учёные — это не бескорыстные искатели истины, а скорее участники острой конкурентной борьбы за научное влияние, победители которой срывают банк.
Журнал Physics Today

Проблема постнефтегазовой энергетики

Запасов нефти человечеству хватит ещё на 40 лет, газа — на 65 лет. Грядущая за этим «большая» энергетика ориентируется сегодня на решение проблемы термоядерного синтеза в рамках международного проекта ITER. Об этом свидетельствует присуждение международной премии «Глобальная энергия» за 2006 год трём участникам этого проекта. В «малой» энергетике господство на обозримое будущее, по-видимому, сохранит за собой поршневой ДВС с переводом его на водородное топливо. Таковы наиболее «реальные» прогнозы на развитие современной энергетики.

А вот многозначительный факт её истории. Условия практической реализации ядерного синтеза, обеспечивающего нас теплом вечного светила — Солнца, впервые были искусственно воспроизведены в водородной бомбе и обеспечены в СССР в течение одной-единственной пятилетки. Отечественный же проект ТОКАМАК по мирному использованию ядерного синтеза уже отметил свой первый 50-летний юбилей. Каких-либо практических результатов за это время не получено и, как мы полагаем, не случайно.

В чём причина неудач в затянувшихся исследованиях проблемы управляемого термоядерного синтеза? Возможно ли принципиальное решение энергетической проблемы путём управляемого ядерного синтеза? Или пришло время энтузиастов альтернативной энергетики — за счёт отбора теплоты от окружающей среды?

1. О ядерном «парадоксе»

Согласно современным научно-физическим представлениям основным процессом, постоянно протекающим в космосе, является замедленный термоядерный синтез гелия из изотопов водорода, осуществляемый за счёт туннельного эффекта. Благодаря ему Вселенная наполнена энергией, которая и обеспечила возможность возникновения жизни на Земле.

Напомним, что любое составное или сложное атомное ядро обладает внутренней энергией E = mс² или эквивалентной массой m меньшей, чем сумма энергий или масс составляющих его нуклонов (протонов и нейтронов). Разность или «дефект» этих масс определяет отрицательную энергию связи нуклонов в составном ядре. По этой причине при образовании сложного ядра из более лёгких элементов должна высвобождаться энергия; и наоборот, чтобы разбить ядро на составные части, надо сообщить ему энергию, превышающую энергию связи.

В частности, синтез гелия из тяжёлых изотопов водорода — дейтерия и трития — осуществляется согласно следующей реакции:
(1) ₁²H + ₁³H → n + ₂⁴He + 17,6 МэВ;
здесь в левой части представлены исходные изотопы водорода, справа — получаемые в результате реакции ядро гелия, нейтрон n и их энергия.

Логика и закон сохранения энергии подсказывают, что обратное превращение гелия в изотопы водорода даже в идеальном случае потребует энергии не меньше 17,6 Мэв. И здесь многие склонны усматривать противоречие с фактом облучения гелия потоком быстрых протонов p в прямой ядерной реакции
(2) p + ₂⁴He → p + p + ₁³H,
которая осуществляется практически при нулевом балансе энергии. Последнее даёт повод уподобить процесс (2) фазовому превращению воды из жидкого состояния в парообразное, которое в природе осуществляется как бы само собой, за счёт тепловой энергии окружающей среды, получаемой от Солнца.

В реакции (2) один протон выбивает из ядра гелия другой, превращая его в тритий, а сам, очевидно, способен без затрат энергии объединиться с нейтроном, оставшимся от реакции (1), и образовать ядро дейтерия согласно реакции
(3) p + n → ₁²H.

Налицо, таким образом, кругооборот изотопов водорода и гелия в природе, не вписывающийся, однако, в рамки прямолинейного и примитивного толкования закона сохранения энергии, широко распространённого сегодня даже в среде профессиональных физиков. Это и питает энтузиастов альтернативной энергетики, ставящих своей целью кардинальное решение проблемы за счёт отбора теплоты от окружающей среды с помощью вечного двигателя второго рода (ВД-2).

«Природа обходится без нефти и газа в решении своих энергетических проблем, — резонно рассуждают они. — Напротив, она созидает их и другие ценности за счёт энергии Солнца, рассеянной в окружающей среде. Этот основной закон природы нам пора, наконец, усвоить и прекратить сжигать ценное химическое сырьё («топить ассигнациями» по выражению Д. И. Менделеева). Тем более, что возможность реализации ВД-2 не противоречит закону сохранения и превращения энергии или первому началу термодинамики. Запрет на ВД-2 налагает исключительно для него придуманное второе начало термодинамики, прямо гласящее: ВД-2 невозможен. Но такая «персонификация» решительно не совместима со статусом всеобщего или фундаментального закона природы».

НАЗАД < > ВПЕРЁД

[Главная][Презентация][Фрагменты][Статьи]

Хостинг от uCoz