Вырастет ли белый лебедь из гадкого утенка?

Поиск альтернативных источников энергии является не только основой построения конкурентоспособной экономики, но часто и условием самого существования энергодефицитных стран. В статье "Гадкий утенок" ядерной физики и возможный прогресс мировой энергетики" (ZN.UA, №24, 2014 г.) были рассмотрены перспективы создания и использования реальной альтернативы традиционному углеводородному топливу и не менее традиционной "урановой" ядерной энергетике - процесса реализации полностью безопасных ядерных реакций при низкой энергии на основе нанопорошка никеля и водорода, осуществляемого в так называемом тепловом генераторе E-Cat Андреа Росси (Andrea Rossi).

Нетривиальные процессы, способствующие таким реакциям, оказались практически неисследованными в ядерной физике, которая с момента зарождения формировалась фактически на концепции использования заряженных частиц высокой энергии или при наличии очень высокой температуры плазмы, состоящей из этих частиц, что необходимо для преодоления кулоновского барьера. До последнего времени казалось, что эта концепция безальтернативна и является неким незыблемым постулатом.

Альтернативные ядерные процессы, которые могут протекать при низкой энергии, подсознательно (или сознательно) отбрасывались, а их исследование приравнивалось к научному диссидентству и даже ереси наподобие поиска философского камня. При этом использовались воистину "железные" аргументы - этого не может быть, потому что так написано в учебниках и так считали классики науки.

Сомнительность последнего аргумента может быть обоснована двумя известными высказыванием Резерфорда, который как никто другой сделал много полезного для развития атомной и ядерной физики. В 1930 г. в ответ на вопрос журналиста о перспективе использования энергии ядра он заявил: "...расщепление атома - это всего лишь наиболее элегантный эксперимент, и элегантность его в том и состоит, что он не имеет никакого практического применения!". А в 1937-м на прямо поставленный вопрос: "Как вы думаете, когда открытая вами ядерная энергия найдет практическое применение?" Резерфорд коротко ответил: "Никогда!". Заметим, что это было за пять лет до пуска первого ядерного реактора и за восемь лет до Хиросимы.

Логика подобного подхода относительно ядерных реакций при низкой энергии до последнего времени казалась незыблемой, поскольку все успехи в познании микромира и создании ядерной энергетики были связаны с гигантскими ускорителями и мощными ядерными реакторами. Однако по мере расширения масштабов практической реализации такого подхода при создании современной мировой энергетики стали проявляться негативные черты этой гигантомании. Неоднократные аварии на ядерных реакторах АЭС из чисто технологических проблем превратились в глобальные геополитические и экологические события. Многие страны полностью отказываются от использования таких реакторов в системе энергетики.

Более того, привлекательная и заманчивая по своей сути идея термоядерного синтеза с использованием высокотемпературной плазмы из близкой перспективы за истекшие 60 лет превратилась в загоризонтную цель типа "процесс ради процесса", в котором начальная задача создания достаточно компактных и дешевых источников энергии была принесена в жертву процессу создания работающего термоядерного реактора любой ценой. В настоящее время эта цена стала поистине космической - плановая стоимость очередного токамака (международный термоядерный реактор ITER), который, по предварительным оценкам, может выйти на режим самоокупаемости только в 2037 г., превышает 15 млрд долл. без каких-либо гарантий, что цель (самоокупаемость) будет достигнута. Кстати, опыт подобных проектов свидетельствует, что в итоге реальная их стоимость всегда превышает плановую в несколько раз.

Такая ситуация привела к тому, что исследованием казавшихся бесперспективными процессов при низкой энергии занимались отдельные энтузиасты в разных странах, а результаты этих исследований априори объявлялись ошибочными. Научные журналы их отклоняли сразу и без рассмотрения по сути, централизованное финансирование, типичное для начального этапа любых важных для экономики фундаментальных исследований, полностью исключалось, а самофинансирование шло по принципу "кто что может достать" или "кто чем может помочь". Фактически все исследования по этому направлению были своеобразным "гадким утенком" ядерной физики. Несмотря на эти далеко не мелкие проблемы, результаты этих исследований были достаточно обнадеживающими. Исследователи-энтузиасты из разных стран обменивались информацией и даже проводили международные конференции.

Ситуация принципиально изменилась в 2011 г., когда итальянский инженер Андреа Росси совместно с профессором Сержио Фокарди (Sergio Focardi) из университета Болоньи продемонстрировали реально работающий тепловой генератор на основе этих процессов, получивший название E-Сat (катализатор энергии). После нескольких успешных и впечатляющих демонстраций в Италии, завершившихся презентацией в октябре 2011 г. работающего генератора мощностью 1 МВт, Росси перенес свои исследования в США. Там был создал более эффективный генератор HT E-Cat с повышенной до 1000–1200 градусов по Цельсию температурой рабочей камеры и, соответственно, возможностью использования перегретого пара с температурой около 600 градусов, что идеально согласуется с требованиями, необходимыми для эффективной работы турбин современных электрогенераторов. Активная деятельность по производству HT E-Cat в США проходит в Industrial Heat facility в Северной Каролине.

Первоначальный компактный вариант генератора E-Сat, который обеспечивал более низкую температуру, преобразовывал энергию, выделяемую при ядерной реакции, в пар с температурой около 105 градусов и планировался к широкомасштабному производству и продаже по уникально низкой цене 500 долл., был передан на основе лицензионных договоров в Китай и Южную Корею для последующего массового выпуска. Подробности и описание необходимости такой передачи приведены в указанной выше статье (ZN.UA, №24, 2014 г.).

Результаты термоядерных исследований
как основа для новой энергополитики

Следует отметить, что официальная наука, тесно связанная с термоядерными проблемами, не признавала реальность подобных ядерных процессов. Такая поддержка отсутствовала, по крайней мере, официально, и со стороны директивных органов разных стран. Основным аргументом было вполне логичное утверждение, что выделение тепла само по себе никак не свидетельствует о ядерном источнике энерговыделения. Вопрос об отсутствии любых других потенциальных источников долговременного выделения энергии в том же очень малом объеме генератора не принимался во внимание. Достоверным подтверждением, согласно официальной точке зрения, может быть только изменение изотопного состава. А вот с этим как раз были неувязки, вызванные тем, что Росси, для которого эти технологии являются чисто бизнес-проектом, никому не разрешал проводить такой анализ. Подобная ситуация, когда результаты аномального тепловыделения были налицо, а наука их не признавала, соответствовала хорошо известному нам состоянию "ни войны, ни мира". По этой причине процесс имплементации технологии и ее официального признания протекал достаточно медленно вплоть до 8 октября 2014 г.

Что же знаменательного произошло в этот день?

Были опубликованы результаты независимого исследования генератора HT E-Cat, проходившего в Лугано (Швейцария) в течение 32 суток начиная с 24 февраля 2014 г. с участием группы независимых авторитетных экспертов из Швеции - Бо Хоистад, Роланд Петтерсон, Ларс Тегнер, Ханно Эссен (Bo Höistad, Roland Pettersson, Lars TegnОr, Hanno Essén) и Италии - Джузеппе Леви, Эвелин Фоши (Giuseppe Levi, Evelyn Foschi), но без участия в них Росси.

Основой экспериментальной установки была закрытая рабочая камера, представлявшая собой жаростойкий цилиндр длиной 20 см и диаметром 2 см, в которой находилось топливо - один грамм очень мелкого порошка, содержащего никель и примесь соли лития вместе со связанным водородом, и электрический нагреватель. Эта система, после начального разогрева с помощью относительно маломощного электрического нагревателя (он затем частично отключался и далее использовался для управления режимом производства энергии), в течение 32 дней эксперимента выделяла энергию, нагревая камеру до температуры около 1200–1400 градусов. За время эксперимента было произведено 1,5 МВт∙ч энергии.

Это был первый случай, когда ученые получили доступ к внутреннему содержанию рабочей камеры и смогли провести элементный (атомный) и изотопный (ядерный) анализ топлива и камеры в начале и конце эксперимента. Результаты оказались крайне неожиданными и очень убедительными. В частности, изотопный состав лития в процессе работы закрытой системы изменился от стандартного (природного) соотношения изотопов лития-6 (8,6%) и лития-7 (91,4%) до 92,1% для лития-6 и 7,9% - для лития-7, что соответствует фантастически большому изменению этого соотношения в 124 раза! Заметим, что в любых ядерных исследованиях изменение изотопного соотношения даже на несколько процентов считается подтверждением достоверности протекания ядерных реакций.

Еще большие изменения изотопного состава соответствовали никелю. Например, соотношение изотопа никель-58 в процессе эксперимента уменьшилось с 67 до 0,8%, а никеля-62, наоборот, возросло с 3,9 до 98,7%. Эти результаты произвели эффект разорвавшейся бомбы и однозначно подтвердили ядерно-физическую природу выделения энергии.

Вторым не менее удивительным результатом является полное отсутствие радиоактивности в продуктах ядерных превращений. Если исходить из традиционных представлений ядерной физики, твердо установленных для частиц высокой энергии, то такие превращения изотопов и соответствующее выделение большой энергии должны сопровождаться очень интенсивным гамма-излучением, потоками нейтронов и образованием высокоактивных отходов.

Но ничего этого не наблюдалось. Все измерения подтвердили - активность отработанного топлива, внутренней части рабочей камеры и окружения соответствовали природному фону! Этот удивительный результат был известен и из предыдущих экспериментов, но он впервые был подтвержден с помощью детального запротоколированного исследования на нескольких независимых приборах. Уместно также отметить, что наряду с такими уникальными характеристиками этот тип генератора обладает намного более высокой эффективностью, нежели "традиционные" реакторы АЭС. В частности, удельная мощность энерговыделения в нем превышает
2 кВт/г топлива, а во всех типовых реакторах ВВЭР-1000 она равна 35 Вт/г.

Игнорировать и "не замечать" эти факты невозможно.

Какой же ответ последовал со стороны "термоядерного сообщества"? Вначале он был прогнозируемым - полное молчание. Но уже 15 октября 2014 г. появилось сенсационное сообщение (Aviation Week & Space Technology, Oct. 15) о том, что корпорация Lockheed Martin объявляет о разработке и выпуске в ближайшие несколько лет компактного работающего термоядерного реактора мощностью 100 МВт, который может быть размещен, например, на самолете или в кузове автомобиля.

Это заявление вызывает большие сомнения, основанные на опыте проведения термоядерных исследований в мире начиная с 1952 г. Согласно уточненным данным, эти работы проводятся в так называемой секретной лаборатории этой компании (Lab Skunk Works), которая хорошо известна своими конструкторскими разработками новых типов самолетов, но никак не ядерными исследованиями. Более того, эти исследования проводятся совсем небольшой научной группой, которую возглавляет молодой инженер Томас МакГир (Thomas McGuire), ранее никак не проявивший себя публично. Сами авторы этой сенсации подкрепляют свои заявления словами о том, что они надеются решить проблему "термояда" за счет того, что разработали компьютерную программу, которая, по их мнению, позволит стабилизировать плазму и решить те фундаментальные проблемы, которые за 60 лет не удалось решить на всех поколениях токамака. Отметим, что подобные исследования пока нигде в мире не привели к успеху, а строящийся и считающийся наиболее перспективным реактор ITER будет иметь вес более 20 тыс т и размеры, соответствующие по высоте 10–12-этажному дому, а по площади - стадиону (и это без вспомогательных технологических систем, которые занимают намного больше места). Прогнозируемая мощность этого токамака равна 500 МВт, то есть всего в пять раз больше, чем у заявки Lockheed Martin.

Существует большая вероятность того, что истинная цель подобного сенсационного сообщения может быть связана с информационным "прикрытием" эффекта от результатов экспертизы в Лугано. Дело в том, что в этот же период (14–18 октября) в Санкт-Петербурге проходила ХХV Международная конференция по энергии термоядерного синтеза, на которой обсуждался процесс строительства ITER, рассматривались перспективы дальнейших исследований и совсем не малого финансирования. Естественно, что внимание участников конференции после сообщения Lockheed Martin было переключено с обсуждения результатов экспертизы в Лугано на критику этого сообщения и доказательства его несостоятельности по сравнению с проектом ITER. Никто из организаторов не хотел допустить обсуждения вопросов об альтернативном и несопоставимо более дешевом и безопасном методе ядерного синтеза и о корректировке финансирования ITER. Участники этой конференции подтвердили, что все происходило именно так.

С другой стороны, можно отметить, что на научно-образовательном коллоквиуме по проблеме новой энергетики на основе низкоэнергетических ядерных реакций (в нем в качестве докладчика принимал участие автор этой статьи), организованном в марте 2014 г. в MIT (Бостон, США) для обмена результатами и оперативного обучения персонала, который будет внедрять эту технологию, было представлено, в частности, несколько бизнес-проектов, посвященных внедрению этой энергетической технологии в судостроение, автомобилестроение и авиацию. Там эти проекты были вполне реальными, хотя и демонстрировались до публикации результатов экспертизы в Лугано.

Еще несколько обстоятельств могут быть сопоставлены с этими датами. Из многочисленных публикаций известно, что Росси имел встречи с высшим руководством США, а его исследования прямо связаны с NASA и NEVY (космическое агентство и военно-морские силы) и другими государственными структурами США. Возникает естественный вопрос: не связано ли текущее широкомасштабное предложение продажи нефти и газа из стратегических запасов США на мировых рынках с очевидной переориентацией этой страны на альтернативные источники внутреннего энергоснабжения? Этот процесс, приведший к резкому падению мировых цен на нефть, особенно интенсивно проходит именно с начала октября, когда уже были готовы к печати результаты экспертизы.

С этой же точки зрения можно интерпретировать существенное изменение отношения Китая к глобальным энергетическим проектам типа строительства газопровода "Сила Сибири", предназначенного для транспортировки в Китай российского газа. Еще совсем недавно Пекин собирался финансировать его, а в октябре достаточно неожиданно отказался вкладывать в проект деньги, хотя и согласился на получение дешевого газа при условии, что Россия сама будет строить этот газопровод через всю Сибирь. Это, в частности, может быть связано с тем, что именно китайские компании купили лицензию на производство генераторов E-Cat (договор о передаче лицензии Nickel-Hydrogen Research Center в городе Тяньцзинь был подписан 16 апреля 2014 г.). Более того, по данным агентства CNN, на недавнем совещании у председателя КНР детально обсуждался вопрос о создании специального индустриального парка и последующем широкомасштабном внедрении этих генераторов в экономику страны.

По данным CNN, значительный интерес к таким же разработкам может иметь Индия, интенсивно развивающаяся экономика которой также нуждается в альтернативных источниках энергии. В Индии, к слову, подобные исследования активно проводятся с 1989 г. в научных центрах в Мумбаи (бывший Бомбей) и Ченнаи (бывший Мадрас). В последние годы такие исследования проводятся также в известном "Центре атомных исследований имени Индиры Ганди", находящемся около Ченнаи. Многочисленные встречи и доклады, которые делал автор этой статьи перед, в ходе и после завершения конференции ICCF16, прошедшей несколько лет назад в Ченнаи и посвященной данной тематике, наглядно подтвердили этот интерес.

Неизменно высокий интерес к этой теме существует и в Японии, которая, в отличие от других стран, последние 25 лет активно поддерживала исследования, выделяя для них значительные средства из бюджета. Центры новой ядерной технологии с начала 90-х годов существуют в Саппоро (Hydrogen Engineering Application & Developing Company), Шизуока (Cold Fusion Research Laboratory) и многих других городах (Осака, Ивате, Цукубе, Сендаи), а некоторые из участников этих исследований награждены государственными наградами (в частности, профессор Йошиаки Арата (Yoshiaki Arata) из университета Осака получил от императора высшую награду Японии за свои исследования низкоэнергетических ядерных реакций). В настоящее время все научные группы Японии, занимающиеся этой тематикой, получили очень большое финансирование и поддержку государства.

На днях итальянский ядерный центр ENEA (Фраскати) посетил основатель Microsoft Билл Гейтс, который возглавляет специальный фонд инноваций (39 млрд долл.), и предложил на развитие этих исследований 1 млрд долл.

Эти и многие другие факты свидетельствуют об очень серьезном отношении и крутом развороте руководителей ведущих стран и законодателей энергетического рынка в сторону новой альтернативы, что может существенно изменить ситуацию на этом рынке в ближайшем будущем. Нетривиальные результаты экспертизы в Лугано дали отсутствующую ранее (но хорошо известную специалистам) научную и общественно-политическую опору для этого.

Если это так, то именно Росси (и всем, кто занимался и занимается этим видом альтернативной энергетики) должна быть особо благодарна Украина, для которой проблема выживания и устойчивого развития в силу известных обстоятельств оказалась прямо связанной с тенденциями мировой энергетики и с необходимостью минимизировать роковую зависимость от углеводородов.

В завершение хотелось бы высказать надежду на то, что исследования по этой тематике, которые в Украине проводятся в КНУ им. Т.Шевченко и отчасти в Институте физики (г. Киев) и ННЦ ХФТИ (г. Харьков), а также в некоторых негосударственных лабораториях, наконец получат достойную поддержку и внимание. В противном случае мы, наряду с китайским ширпотребом и гречкой, скоро будем закупать и эти генераторы, хотя по пониманию и теоретическому обоснованию процессов в них мы занимаем достойное место в мире.