Компактный термоядерный реактор: фантастика и бюрократия американских ученых

Создание эффективного термоядерного реактора для выработки электроэнергии уже более полувека остается недостижимой задачей, объединившей ученых множества стран, нескольких областей науки и технологий. Тем неожиданнее, что 12 октября 2019 г. американское Ведомство по патентам и товарным знакам (USPTO) одобрило поданную полтора года назад заявку на конструкцию не просто рабочего, но и компактного термоядерного реактора. Обладатель патента — ВМФ США — вызывает уважение. Система обещает совершить революцию в энергетике, транспорте, космонавтике, — практически где угодно. Если только она действительно работает.

Фузор «профессора» Фарснворта

Управляемый термоядерный синтез обещает обеспечить человечество почти бесконечным источником «чистой» и безопасной энергии. Топливо для него — дейтерий — можно добывать из морской воды, и запасов хватит еще на миллионы лет. Сливаясь, ядра дейтерия выделяют огромное количество тепла, причем сама реакция не создает ни вредных отходов, ни риска взрыва. Однако для этого топливо необходимо удерживать в состоянии плазмы, при огромных давлениях и температурах. Поведение ее крайне нестабильно и непредсказуемо, требуя сложных и «прожорливых» средств контроля, да и те работают сравнительно недолгое время.

Все это делает существующие термоядерные реакторы — такие как токамаки и стеллараторы — очень сложными и дорогими установками. Вместе с тем, еще ни одному из них не удалось преодолеть ключевой в этой области критерий Лоусона и вырабатывать больше энергии, чем затрачивает сам инструмент. Физики активно (и не без успехов) совершенствуют и стеллараторы, и токамаки, однако ими выбор не ограничивается. Существуют и другие системы, теоретически, способные дать управляемую термоядерную реакцию.

Фузор

Схема действия фузора Фарнсворта

Одной из них является магнитный фузор, впервые предложенный в 1960-х американским изобретателем Фило Фарнсвортом, который стал одним из создателей телевидения и — уже намного позднее — дал имя гениальному и безумному профессору Хьюберту Фарнсворту из сериала «Футурама». Система представляет собой полую, заземленную металлическую сферу, в которую закачивается разреженный дейтерий. В центре находится сферическая сетка из проводников, которая служит катодом. Высокий отрицательный заряд катода заставляет электроны отрываться от ядер дейтерия и «стекать» по внешней сфере. А положительно заряженные ядра устремляются к катоду, часть из них проскакивает сквозь сетку и сжимается в плотный сгусток плазмы.

Динамические фузоры Пэ

Фузор Фарнсворта — устройство настолько простое, что старшеклассники и студенты нередко собирают его в рамках учебных проектов. Немало с ним экспериментировали и «взрослые» ученые, хотя даже после множества усовершенствований фузоры так и не стали достойной альтернативой другим конструкциям. Ни одной схеме не удалось хотя бы приблизиться к критерию Лоусона, поэтому считается, что фузоры могут найти применение разве что в качестве источника нейтронов или изотопов, рождающихся в плазме.

Школьники

Школьники из штата Вашингтон с самодельным фузором

Тем не менее, именно о такой конструкции говорится в патенте US20190295733A1 — устройство, якобы, способно выдавать от мегаватт до тераватт энергии при потреблении от киловатт до мегаватт. Из описания трудно сделать вывод о том, как разработчикам удалось добиться столь невероятного прогресса. По их словам, в системе используются «динамические фузоры», в которых подача дейтерия (или смеси дейтерия-ксенона) происходит через конусы, покрытые пьезоэлектрическим материалом.

Вибрирующие и вращающиеся в противоположных направлениях внутри вакуумной камеры, конусы создают в камере «концентрированный поток магнитной энергии и электромагнитного излучения», позволяя получать более плотную и горячую плазму. Все эти заявления напрямую приводят нас к вопросу о самих изобретателях — прежде всего, о разработчике из загадочного Отдела летательных аппаратов Центра морской авиации ВМФ США (NAWCAD) Сальваторе Цезаре Пэ (Salvatore Cezar Pais).

Дейтерий

Поток патентов

Обозреватели уже заметили, что новая разработка Пэ опирается на эффект, описанный в его собственных предыдущих работах — «контролируемое движение зарядов за счет вибрации и/или ускоренного вращения». Судя по этим публикациям, такие токи способны создавать невероятно мощные электромагнитные поля, для которых изобретатель с завидной регулярностью находит самые невероятные области применения. Не далее как в 2017 г. он получил патент на высокотемпературную сверхпроводящую систему, сохраняющую нулевое электрическое сопротивление даже при комнатной температуре (US20190058105A1) — в ней также используется вибрирующий пьезоэлектрический материал.

В том же 2017 г. Сальваторе Пэ и ВМФ стали обладателями патента на высокочастотный генератор гравитационных волн (US10322827B2), годом ранее — на летательный аппарат, в котором электромагнитные поля позволяют добиться снижения инерционной массы (US20170313446A1) — то есть, фактически, на «антигравитационный» двигатель. Судя по всему, изобретатель куда ближе к профессору из фантастической «Футурамы», нежели был сам реальный Фило Фарнсворт.

В самом деле, ни одна из его революционных концепций до сих пор не нашла воплощения в реальном физическом мире. В отличие от обычных патентов, которые должны описывать изобретения «на уровне внедрения» — то есть, в таких деталях, которых при обладании необходимыми знаниями достаточно для реализации новинки, — серия заявок от лица ВМФ и Пэ говорит лишь о «работоспособности», описывая технологии в общих чертах, чего, дескать, должно быть достаточно для того, чтобы подтвердить их реалистичность.

Бюрократическая фантастика

Однако и в таком виде они вызывают большие сомнения у экспертов патентного бюро и, насколько известно, заявки Пэ прежде не раз отвергались. В некоторых случаях одобрение происходило лишь после давления на ведомство со стороны ВМФ, с особым упоминанием Китая, который, якобы, грозит обойти США в таких «технологиях». Некоторые обозреватели задаются вопросом, насколько связана друг с другом вся масса футуристических патентов, которые время от времени с таким трудом добывают себе американские военные. Туманное описание то одной, то другой прорывной технологии как будто намекают на скорое пришествие совершенно невероятных технологических прорывов — как указано в последнем патенте, «на суше, в воде, воздухе, космосе и за их пределами».

Трудно сказать, что находится за пределами суши, воды, воздуха и космоса. И так же трудно поверить в то, что поток невероятных технологий — от генератора гравитационных волн до компактного реактора-фузора — является чем-то помимо выхлопов огромной бюрократической машины. В подобных зарегулированных системах то и дело возникают и развиваются самые странные процессы и явления, такие как расширение штата для создания комиссии по уменьшению штата — и фантастические патенты Сальваторе Пэ.