Альбер Камю однажды заметил: «Стареть — значит переходить от чувств к сочувствию». Возможно, в этом есть доля истины, но когда речь заходит о старении самой цивилизации, сочувствия к иссякающим ресурсам планеты уже недостаточно. Нужны чувства иного рода — дерзость и инженерный азарт. Именно они движут американскими учёными, которые весной 2009 года планировали зажечь в лаборатории крошечное искусственное солнце.

Речь идёт не о метафоре, а о реальном физическом эксперименте, который готовили в Ливерморской национальной лаборатории, штат Калифорния. Исследователи намеревались воспроизвести в контролируемых условиях процессы, идущие в недрах звёзд, — термоядерный синтез. Если опыт удастся, он станет первым шагом к созданию принципиально нового источника энергии, способного навсегда снять с человечества угрозу энергетического голода.

Лазерный удар по звёздной физике

В центре замысла — мощнейший лазер, который должен был сфокусировать колоссальную энергию на крошечной мишени с термоядерным горючим. Идея в том, чтобы за доли секунды создать температуру свыше ста миллионов градусов Цельсия и давление в миллиарды раз превышающее всё, что когда-либо фиксировалось на Земле. Это те самые условия, что царят внутри Солнца и заставляют лёгкие ядра сливаться в более тяжёлые, высвобождая гигантские объёмы энергии.

«Мы создаём условия, которые существуют внутри Солнца», — пояснял один из участников проекта. И это не преувеличение: физика процесса действительно звёздная. Разница лишь в масштабе — лабораторное солнце должно быть микроскопическим, но его краткая вспышка, по расчётам, даст в десять раз больше энергии, чем потребуется для инициации реакции.

Именно это соотношение — ключ к будущему термоядерной энергетики. Пока что все экспериментальные реакторы тратят на запуск синтеза больше, чем получают на выходе. Ливерморский эксперимент должен был впервые перешагнуть порог энергетической самоокупаемости и доказать, что управляемый термояд может быть не просто научным курьёзом, а практическим источником электричества.

Энергия без углеродного следа

Зачем вообще пытаться зажечь рукотворную звезду? Ответ прост и тревожен одновременно: ископаемое топливо не вечно, а его сжигание меняет климат. Атомные станции на делении ядер дают мощный, но неоднозначный выход — радиоактивные отходы и риск аварий пугают общество. Термоядерный синтез лишён этих недостатков: горючим служат изотопы водорода, которых в океанской воде практически неисчерпаемый запас, а продуктом реакции становится безопасный гелий. Ни парниковых газов, ни долгоживущих радиоактивных отходов.

Эксперимент в Ливерморе — не первая попытка укротить термояд. Десятилетиями физики бьются над проблемой удержания плазмы в магнитных ловушках типа токамак. Но лазерный подход иной: он не пытается удерживать раскалённое вещество длительное время, а сжимает и нагревает мишень так стремительно, что реакция успевает произойти раньше, чем вещество разлетится. Это как поджечь спичку, а не поддерживать костёр.

Весна, которая могла изменить всё

Подготовка к решающему выстрелу шла полным ходом к концу 2008 года. Установка, которую называют National Ignition Facility (NIF), к тому моменту уже была построена и отлажена. Её лазерные лучи, усиленные в гигантских каскадах, должны были одновременно ударить по мишени размером с горошину, заключённой в золотую камеру. Симметрия импульса критична: малейший перекос — и сжатие будет неравномерным, а заветная температура не будет достигнута.

Учёные не скрывали, что идут на риск. Никто не мог гарантировать, что первая же попытка увенчается успехом. Но даже неудача дала бы бесценные данные для доводки системы. В конце концов, сама природа потратила миллиарды лет, чтобы зажечь Солнце; у лабораторной версии времени куда меньше — наносекунды.

Что стоит за цифрами

Сто миллионов градусов — число, которое трудно осмыслить. Для сравнения: температура в центре Солнца оценивается примерно в 15 миллионов градусов. Ливерморский эксперимент планировал превзойти этот показатель почти на порядок. Зачем так много? Дело в том, что в недрах звезды огромная плотность сама по себе помогает ядрам преодолевать электрическое отталкивание. В земной лаборатории плотность ниже, и компенсировать это приходится более высокой температурой — частицы должны сталкиваться с бешеной скоростью, чтобы слиться.

Давление в миллиарды раз выше земного — тоже не просто громкая фраза. Это давление света: лазерные лучи, сфокусированные на мишени, создают чудовищную силу, которая сжимает горючее до плотности, в разы превышающей плотность свинца. В таких экстремальных условиях вещество переходит в состояние, которое не встречается нигде в Солнечной системе, кроме как в центре Солнца.

От лаборатории к розетке

Даже если опыт удастся, путь от лабораторного солнца до промышленной электростанции займёт десятилетия. Потребуется научиться повторять вспышки с частотой несколько раз в секунду, улавливать выделяющееся тепло и превращать его в пар, вращающий турбины. Сама лазерная установка пока пожирает энергии больше, чем даёт мишень, — но задача первого шага именно в том, чтобы доказать принципиальную возможность чистого выигрыша.

И всё же амбиции завораживают. Если человечество когда-нибудь освоит термоядерный синтез, это изменит геополитику не меньше, чем открытие нефти или расщепление атома. Энергия станет дешёвой и практически бесплатной, опреснение морской воды — повсеместным, а углеродный след промышленности — исчезающе малым. Неудивительно, что за экспериментом в Ливерморе следили не только физики, но и футурологи, экономисты, военные.

Тишина после вспышки

Что же произошло той весной? История сохранила лишь скупые строки новостей тринадцатилетней давности. Мы знаем, что эксперимент состоялся, но его результаты оказались скромнее ожиданий. Порог зажигания — момент, когда термоядерная реакция начинает сама себя поддерживать, — не был достигнут с первой попытки. Однако это не стало провалом: установка NIF продолжила работу, и годы спустя, в декабре 2022 года, учёные всё же объявили о достижении заветной цели — энергия, выделившаяся при синтезе, впервые превысила энергию лазерного импульса, попавшего в мишень.

Так что анонс 2008 года был не напрасным. Он обозначил старт финального штурма одной из величайших научных задач. И пусть путь от чувства азартного предвкушения до сочувствия к тем, кто ждал прорыва, занял больше десяти лет, — искусственное солнце всё-таки зажглось. Пока лишь на мгновение, но этого мгновения хватило, чтобы доказать: земная звезда возможна.