ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО ИЗ… ПЕСКА КИЕВСКИЕ УЧЕНЫЕ РАЗРАБОТАЛИ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВУЮ УСТАНОВКУ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ И УТИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

На медной мишени отчетливо виден эффект «звездного взрыва» — углубление в форме кратера с «разлившимся» вокруг веществом белого цвета. На других экспериментальных образцах привлекает взгляд множество разноцветных металлических вкраплений. Это не обман зрения, это, как подтверждают многочисленные исследования, новые химические элементы, родившиеся… из меди. «Новорожденные» выглядят удивительно эффектно — одни сгруппировались в виде капелек, другие образуют что-то наподобие лепестков, струек, шариков… Такого конденсата, образовавшегося в результате ядерного превращения вещества (по ядерным меркам количество этого вещества просто-таки невообразимое), никто до сих пор не наблюдал. Среди широчайшего спектра образующихся новых атомов присутствуют изотопы, не существующие в природе, в том числе — долгоживущие и стабильные сверхтяжелые трансурановые.

Невероятно, но факт: эти новые атомы попали на образцы не откуда-то из внеземного пространства — они получены в научной лаборатории. Удивительных образцов много — более четырех тысяч, и можно при желании получить сколько угодно. Их тщательно проверяли и изучали специалисты ведущих профильных институтов Украины. За три года проведено более 14,5 тыс. аналитических исследований. Сегодня у многих ученых не возникает сомнения: открыто принципиально новое физическое явление, которое позволит совершить прорыв в решении острейших проблем современной цивилизации, до сих пор считавшихся «неподъемными». А это в первую очередь проблемы ядерного синтеза и утилизации радиоактивных отходов.

Как известно, над их решением человечество бьется более полстолетия. Суммарные затраты мирового сообщества, вложенные в исследования в этом направлении, давно превысили сто миллиардов долларов и продолжают быстро расти. Над этими проблемами работают многотысячные коллективы ученых в известных, оснащенных уникальным оборудованием научных центрах передовых стран, на достижение заветной цели направлена международная кооперация усилий. Однако ожидаемых революционных результатов, сравнимых с теми, что произошли на стыке веков в информационных технологиях и генетике, несмотря на вложенные огромные финансовые средства и интеллектуальные усилия, так и не последовало. Физики уже несколько десятилетий пытаются решить задачу колоссальной сложности — научиться создавать и некоторое время поддерживать в определенном объеме вещества условия, при которых происходят реакции синтеза легчайших ядер с положительным выходом энергии, — сотни миллионов — миллиарды градусов и давления, характерные для недр звезд. Однако достичь этого в земных условиях до последнего времени не удавалось. Но если проблема управляемого термоядерного синтеза, согласно прогнозам, в ближайшие десятилетия все же может быть решена, то о промышленной безопасной нейтрализации радиоактивных отходов пока остается лишь мечтать, поскольку с позиций современных знаний и понимания процессов в природе это представляется практически нерешаемой задачей.

Лаборатория электродинамических исследований предприятия «Протон-21» (о результатах которой идет речь) организована в Киеве несколько лет назад под конкретный инновационный проект — создание новой безопасной технологии утилизации радиоактивных отходов. Группа ученых и инженеров сконструировала уникальную установку, однако получить ожидаемый эффект теми методами, на которые рассчитывали первоначально, не удавалось. Деньги были затрачены, отведенное время истекало, инвестора интересовал результат, в общем ситуация сложилась критическая. Этот момент стал переломным. Исследователи были убеждены, что идея и основные подходы верны. Экспериментальная установка, созданная для реализации идеи, работала в нужном режиме. Казалось, все готово для успеха, а ожидаемого результата не было. И тогда руководитель лаборатории сделал решительный шаг — кардинально изменил схему проведения эксперимента. Интуиция подсказывала — ошибки быть не должно.

Эксперимент удался с первой попытки. На мишени из химически чистой красной меди обнаружили белый металл — цинк. Откуда ему было взяться? — удивились. Исследовали один образец, другой, третий и обнаружили в макроскопических количествах элементы всей таблицы Менделеева. Причем эти количества в тысячи и миллионы раз превышали содержание примесей в исходном материале. Сами долго не могли поверить, что это не что иное, как результат превращения вещества на ядерном уровне. То есть трансмутация ядер химических элементов. Пытались обнаружить радиоактивность на подвергшихся воздействию образцах (искусственное превращение одних химических элементов в другие, как правило, приводит к появлению радиоактивности) — они оказались «чистыми».

Дальнейшие эксперименты и исследования на постоянно совершенствуемой установке двинулись буквально семимильными шагами, с каждым новым успехом убеждая руководителя лаборатории С.Адаменко в «жизненности» его подхода. В краткой авторской формулировке квинтэссенция подхода состоит в «возможности инициирования САМООРГАНИЗУЮЩЕГОСЯ природного процесса лавинной концентрации энергии в веществе вплоть до возникновения коллапса вещества («самосхлопывания») — явления, хорошо известного астрофизикам». В основе гипотезы лежат кибернетические представления о сложном, создающемся из простого, об общих механизмах и закономерностях формирования сложных систем из простых элементов.

Попытаемся объяснить ее суть, прибегая к понятным аналогиям. Всякая система, многократно получая «на входе» одно и то же воздействие, возмущающее ее внутреннее состояние, начинает «распознавать» вредные для себя аспекты этого воздействия, специализируя часть своих элементов на отражение энергии этого возмущения без разрушительных для системы последствий, более того — с минимальным ее разогревом и рассеиваемой энергией возмущения. Эта закономерность проявляется и в специализации органов в теле человека, и в постепенном превращении каменных валунов под воздействием солнца, холода и воды в песок, и т. п.

— Если с такой точки зрения посмотреть на проблему управляемого ядерного синтеза, то приходит понимание того, что вместо сталкивания на огромных скоростях положительно заряженных ядер, сливающихся при этом лишь на мгновение, необходимо организовать в холодном веществе такое синхронное согласованное (когерентное) совместное движение, которое приведет к неуклонному, неизбежному, более того, непреодолимому сближению их друг с другом. Причем это движение должно быть естественным, но управляемым, — объясняет Станислав Васильевич.

— И вы знаете, как вызвать это движение? В холодном веществе?..

— Да, мы нашли для этого простой, дешевый и управляемый способ. Самое главное — нам удалось создать такие начальные условия и дать такое возбуждение, которое порождает коллективное согласованное движение множества частиц вещества. При этом ключевую роль играет ускорение. Приведу такой пример. По скоростной трассе навстречу мчатся две иномарки. На долю секунды они поравнялись, обдав друг друга мощной воздушной волной, и разошлись. Потому что хотели разойтись, а не столкнуться лоб в лоб. То же самое наблюдается и у заряженных частиц — у них одинаковый заряд, и они отталкиваются. Так устроена природа, поэтому существует материя.

А теперь давайте посмотрим, как в продолжение последних пятидесяти лет пытаются зажечь управляемый термояд. В условиях высокотемпературной плазмы исследователи создают предпосылки для слияния ядер, несмотря на огромное сопротивление участников этого движения. Ядра греют, жмут, насилуют вещество, чтобы преодолеть его отчаянное сопротивление. История термоядерного синтеза — это история насилия человека над природой. И та искусственная радиоактивность, от которой мы сегодня страдаем, является следствием силового вмешательства в строение материи.

Нам кажется, что более перспективен другой путь — сотрудничества с природой. Инициируемое нами воздействие не вызывает противодействия. Наоборот, все, что мы наблюдаем, удивительно гармонично. Иногда даже кажется, что Природа сама сделала нам подсказку, как это уже не раз бывало в истории человечества, когда открытие появлялось именно тогда, когда пришло его время, то есть общество готово к его восприятию.

Интересно, что в результате этого самоорганизующегося природного лавинообразного процесса достигается такая концентрация энергии (в малом объеме вещества), которой и близко нет в обычных звездах, разве что в центральных областях сверхновых звезд в момент их взрыва.

— Фантастика!

— Ничего фантастического здесь нет. Хотя при этом происходят удивительнейшие вещи. Например, мы осуществили синтез химических элементов в лабораторных условиях без реакторов и ускорителей частиц высоких энергий, что считалось в принципе невозможным. Мы можем синтезировать новые сверхтяжелые трансурановые элементы, которые являются долгоживущими и даже стабильными, а значит не радиоактивными в общепринятом смысле. Этого мы добиваемся устранением дефицита нейтронов в ядрах рождающихся элементов.

— Как это понимать?

— Давайте возьмем таблицу Менделеева. От водорода до урана идет повышение относительного количества нейтронов в ядрах. На уране этот процесс останавливается. У всех искусственно синтезированных ядер, полученных на ускорителях, растет только суммарное число нуклонов при сохранении пропорции между протонами и нейтронами (при этом, понятно, заряд ядра увеличивается), а концентрация нейтронов как замерла на уровне урана, так и ни с места. То есть эти элементы дефектны с момента рождения — не хватает нейтронов. Поэтому они долго и не живут — делятся, распадаются.

Кстати, на международной конференции по проблемам ядерной физики, состоявшейся осенью прошлого года в Мессине (Италия), авторитеты в этой области вынуждены были признать: традиционный путь синтеза сверхтяжелых элементов — тупиковый. Современная ядерная физика не нашла способа достижения сверхвысоких концентраций нейтронов в ядрах. А мы знаем, как перенасытить ядра нейтронами, и можем этим процессом управлять. В итоге мы регулярно получаем макроскопические объемы вещества, атомы которого имеют массы в интервале от 250 до 500 (наши приборы не позволяют фиксировать массы выше 500).

— А если на все это посмотреть в прикладном аспекте?

— Сегодня это может показаться невероятным, но смею предположить, что использование полученных результатов не за горами.

На этом принципе можно будет построить энергоустановки для электростанций, тепловозов, морских судов, автомобилей, самолетов, космических кораблей — для чего угодно. Представляете себе автомобиль с запасом топлива на всю жизнь?

— И сколь реальной выглядит перспектива создания электростанции, не требующей уранового или органического топлива (угля, мазута)?

— За несколько лет вполне можно создать принципиально новую, экологически безопасную энергетическую установку, которая станет прототипом энергоустановок будущего с чрезвычайно широким диапазоном мощности и, соответственно, широчайшей сферой использования.

— Интересно, сколько и какого топлива потребуется для работы такой электростанции?

— Для гигаваттного блока (типа чернобыльского) требуется в год, по самым пессимистическим оценкам, десять тонн, грубо говоря, простого металла или песка. Можно топить и радиоактивными отходами существующих АЭС.

Эти отходы можно превращать в нерадиоактивные, безопасные материалы, в том числе имеющие самостоятельную ценность. В принципе, уже виден способ, как это сделать. Кстати, пробные эксперименты по дезактивации высокорадиоактивных образцов, проведенные совместно с Институтом ядерных исследований НАН Украины, прошли успешно.

— Для такой установки, наверное, лучшего места, чем зона Чернобыльской АЭС, не найти?

— Возможно. Уже в недалекой перспективе представляется реальным приступить к ликвидации высокоактивных концентрированных радиоактивных отходов. За сравнительно небольшие средства можно построить энерговырабатывающую установку, которая по ходу дела будет «переваривать» радиоактивные отходы.

Это абсолютная технология для получения энергии и утилизации всевозможных вредных отходов. В случае ее внедрения проблемы энергетической зависимости Украины, нефтегазопроводов и пр. будут восприниматься совсем по-другому.

— И, хочется думать, проблема энергетического голода будет решена.

— Естественно. Топлива у нас под ногами в изобилии.

— Интересно узнать, как воспринимают результаты ваших экспериментов специалисты из других научных организаций?

— Научную общественность мы пока ознакомили только с частью результатов. Понятно, что встречаем как интерес и понимание, так и полное неприятие. Основные результаты, полученные нашей лабораторией, были обсуждены и одобрены еще год назад на специальном научно-техническом совете с участием специалистов ряда известных профильных отечественных научных центров, ученых НАНУ. Совет дал высокую оценку полученным результатам и согласился с выводами авторов о природе открытых явлений. Разработанные нами способ и устройство, позволяющие осуществлять воздействие на вещество и приводить к уникальной сверхконцентрации энергии, находятся на стадии патентования.

Некоторые из наших результатов мы представили на международном симпозиуме в Италии в конце 2002 года. Они вызвали неподдельный интерес.

Перед этим симпозиумом мы обратились в один из ведущих европейских центров в области синтеза и изучения трансурановых элементов с информацией о наших результатах и предложением провести контрольное исследование наших образцов, но через два месяца получили типичную отписку. От российской Дубны согласия на проведение контрольной серии экспериментов пока не получили, хотя Украина является участником Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и подала официальную заявку на проведение таких исследований.

Прокомментировать результаты экспериментов, полученные сотрудниками Лаборатории электродинамических исследований, мы попросили авторитетных ученых.

Иван ВИШНЕВСКИЙ, директор Института ядерных исследований НАН Украины, академик НАНУ:

— Представленные результаты впечатляют, тем не менее еще возникают некоторые вопросы, на которые в ходе дальнейших экспериментов нужно искать ответы. По моему мнению, это очень многообещающее направление, и эти исследования следует продолжать.

Владимир ВЫСОЦКИЙ, профессор радиофизического факультета Киевского национального университета им.Т.Шевченко:

— Я занимаюсь теоретической обработкой полученных результатов, прогнозированием и моделированием механизмов ядерных превращений. Желая провести независимое исследование наших образцов, мы обратились к коллегам из России. Проводилось оно в одном из специализированных институтов, который находится в подчинении министерства атомной промышленности РФ. Там очень хорошие специалисты, имеется соответствующая аппаратура. Надо сказать, встретили они нас с полным скепсисом, мол, что-то вам там привиделось… Тем не менее результаты измерений вызвали у экспериментаторов полнейшее изумление — большинство элементов имело аномальный изотопный состав, что означало: изотопы не природного происхождения. Были зарегистрированы стабильные изотопы с массами от 250 до 280. Кстати, 280 — это предел их измерительных приборов. Результаты этих исследований зафиксированы документально.

Николай НОВИКОВ, директор Института сверхтвердых материалов НАН Украины, академик НАНУ:

— Считаю, что лаборатории удалось создать изумительное устройство, позволяющее концентрировать в очень малом объеме огромную энергию и производить превращение вещества. Насколько глубокое изменение этого вещества, как и почему оно происходит, — это предмет дальнейших исследований. И конечно, было бы хорошо, если бы в этих исследованиях приняло участие значительно большее количество ученых и специалистов.

Сегодня отношение к заявленным результатам — от полного неприятия до полного восторга. И в этом нет ничего удивительного. Новое в науке далеко не всегда и не сразу получало понимание. Принцип лазерной генерации поначалу тоже не признавали, а сегодня лазер почти бытовая вещь. Другой пример — из области, которой я непосредственно занимаюсь. Как известно, за счет высоких давлений графит преобразуется в алмаз. Двести лет пытались это сделать и ничего не получалось. Наконец, нашли обходной путь — и проблема была решена. Примерно такая же идеология и в данном случае — среда должна не противодействовать, а помогать в преобразовании вещества. В целом результаты научных экспериментов свидетельствуют, что это очень перспективный путь.

Петр ФОМИН, заведующий отделом астрофизики и физики элементарных частиц Института теоретической физики НАН Украины, член-корреспондент НАНУ:

— Поначалу у меня был скепсис, но сегодня результаты экспериментов не вызывают сомнения. Получен целый спектр необычных, потрясающих эффектов. Причем они наблюдаются систематически, что дает убеждение: открыто действительно новое физическое явление. Его прикладные возможности колоссальны. Сегодня мы просто не можем это даже представить.