• США - Брукхейвен (BNL), Массачусетс (MTI, Нац. центр в Беркли, LNL), Иллинойс, Стенфорд (SLAC), Лос-Аламос, Остин (Техас, AIP, Центр ядерного синтеза), Пенсильвания (PSU), ...;
• Япония - Нагойя, NASDA, ...;
• Канада - Торонто (RNI), ...;
• Германия - Карлсруэ, Гамбург (DESY), Дармштадт (IKP), ...;
• Швейцария - Женева (CERN), ...;
• Китай - Ченгду (SWIP), Пекин (ИФВЭ), ...;
• Италия - NINP, ...;
• Нидерланды - Гронинген (KVI), ...;
• Швеция - Стокгольм (RTI), ...;
• Англия - Кембридж (CU), ...;
• Украина - Харьков (ХФТИ), Севастополь (СИЯЭП), ...;
• Беларусь - Минск (БГУ), ...;
• Россия - ИАЭ (ИЯС РНЦ КИ), ИФВЭ, ИФВД РАН, ИФП, ФИАН, ИЯИ РАН, ОИЯИ, НИИЭФА, ВНИИ-ЭФ, ВНИИТФ, ИЯФ СО, ТПУ, ИСЭ СО, УГТУ, ОИВТ, ИКИ РАН, СПБ ИЯФ, ФТИ СПБ, МГТУ, МЭИ, РУДН, ГНЦ РФ ФЭИ, ...;
• и другие

Уважаемые коллеги,

Позвольте обратиться к Вам в непростой ситуации близящегося энергетического кризиса, который ставит под вопрос наше дальнейшее существование как разумной цивилизации. Есть два момента, оправдывающие выбор такого нестандартного способа постановки и, как хотелось бы надеяться, поиска решения проблемы через Сеть. Во-первых, управление обществом избрало неверный путь выхода из кризиса через сокращение скорости энергопотребления, что не только не продлит агонию, но и увеличивает опасность глобальных катастроф - нравственной, экологической, ядерной, с неизбежным исходом - самоуничтожение цивилизации. Во-вторых, уже из самого факта, что данная ситуация имеет место, т.е. допущена нами, по укороченной жесткой логике, на которую вынужденно приходится встать, чтобы предусмотреть самый нежелательный сценарий, следует, что в рамках существующих теоретических моделей и оргструктуры взаимодействия научных лабораторий решения задачи нет, а учитывая определенную инерционность, консерватизм, естественно присущие науке, производству и международному сотрудничеству, нет нужной уверенности, что оно будет получено традиционным путем в срок. По крайней мере, обществу неизвестны планы, разработки и действия на требуемом уровне понимания реальности. Общепринятый путь организации НИР может не пройти. Образно говоря, пока вероятность ядерной зимы гораздо больше вероятности термоядерного лета.

Более того, как достаточно просто показано в прилагаемой пояснительной записке, ни у одного государства, ни у существующих международных организаций не хватит интеллектуальных и производственных мощностей для быстрого перевода энергетики планеты на новые источники. Поэтому одной из задач физиков будет, очевидно, не только самим попытаться организовать эффективное взаимодействие через пока еще малоинерционный информационный канал, каким является интернет, но и убедить общественное мнение и правительства в необходимости обьединить усилия всех стран на обьемлющем цивилизационном уровне, в задаче, перед которой все наши различия и другие проблемы полностью теряют всякий смысл. Действительно, какой смысл плакать по волосам, коль голова снята?

Зная хорошо нашего брата-физика, я обращаюсь к Вам, коллеги, с призывом отставить в сторону на время присущие нам стремление к удовлетворению своего научного любопытства, амбиции, тщеславие, карьерные соображения, изолированность от социальных проблем, личные планы в смежных, может быть, более фундаментальных областях, - и подключиться к данной работе, в которой мы все равны (как в бане). Структура взаимодействия выяснится по мере появления сообщений, на что хотелось бы надеяться.

С уважением - Хлестков Ю.А.
Январь 2001.

Доступный запас невозобновляемого энергосырья на планете 10¹³ т (нефть, газ, уголь, уран и др. элементы). Невозобновляемость здесь понимается в том смысле, что ресурсы восстанавливаются за счет тектонических и осадочных процессов за миллионы лет - время, намного большее сроков их выработки развивающейся цивилизацией. Ежегодно мы вынимаем сейчас 10¹¹ т. Следовательно, даже если сохранится достигнутый темп энергопотребления, используемых ресурсов хватит лишь на 100 лет. Это - надежный результат без значащих цифр. Детальные оценки дают для разных типов сырья время исчерпания в пределах 25 - 150 лет.

Таким образом, если в ближайшее время не предпринять срочных мер, то наша жизнь на Земле как цивилизации станет проблемой в окрестности 2050 года.

Вот, собственно, и все, что предлагается обсудить. Далее следуют пояснения и аргументы, обосновывающие нетривиальность ситуации, а также предложения.

Проверить цифру 10¹³ т общих запасов энергосырья можно несколькими способами:

• они составляют 10^-5 от массы поверхностного слоя коры глубиной порядка 1 км;
• оценочная масса углерода в земной коре порядка 10¹⁶ т. Следовательно, на полезные углеродосодержащие энергоносители приходится одна тысячная доля полной массы углерода, что разумно;
• если на нефть приходится 10% всех энергоносителей, она образуется, в процессе, скажем, осаждения и прессовки планктона в мировом океане плотностью 1 кг/куб.м со скоростью 1 мм/год на площади порядка 10% поверхности Земли с кпд конверсии органики в нефть порядка 10% за время порядка 1 млн. лет, - то как раз получается цифра 10¹³ т.

Масштаб проблемы перевода энергетики цивилизации на новые источники энергии можно представить себе достаточно легко. Требуемая мощность энергетики оценивается просто: если на каждого человека нужно в среднем порядка 10 кВт мощности (обогрев, питание, транспорт, производство), то для нормальной жизнедеятельности 10 млрд. человек необходима суммарная мощность 100 ТВт.

Наиболее надежный, доступный современной технологии, не нарушающий баланс энергии в экосфере планеты источник - это внутренняя (гравитационная) энергия взаимодействия элементарных частиц в ядрах (энергия связи, "дефект массы"). Рассмотрим задачу на примере удовлетворяющего комплексу требований источника - управляемого термоядерного синтеза (УТЯС). Хотя, очевидно, оценки будут справедливы для любого источника.

Пусть мощность одной термоядерной станции (ТЯС) порядка 10 ГВт. Следовательно, нужно построить 10⁴ ТЯС. Если стоимость работ по созданию одной ТЯС порядка 10 млрд. $ (1 Вт = 1 $), то суммарные затраты на перевод энергетики на ТЯС составят около 100 трилл. $. Если срок, отведенный на решение проблемы, порядка 100 лет, то потребуется средняя скорость капиталовложений на уровне 1 трилл. $ в год.

Допустим, каждый специалист, задействованный в данной программе, может освоить в год в среднем порядка 10⁴ $. Тогда для ее решения необходимо привлекать на всех уровнях и всех этапах работ как минимум порядка 100 млн. человек в год.

Этот результат однозначно говорит о том, что, во-первых, ни одна из существующих структур не сможет решить проблему самостоятельно, во-вторых, для ее решения мы, действительно, должны выйти на цивилизационный уровень и построить обьединенное общество на качественно новых принципах, в-третьих, никаких адекватных важности и актуальности задачи действий в этом направлении ни в правительствах, ни в науке не наблюдается.

Наиболее существенным является второй вывод. Он означает, что проблема энергетики XXI века и будущего человечества не может быть решена в узкопрофессиональных рамках - придется все вопросы: мировоззренческие, политические, экономические, научные, - рассматривать в комплексе.

Что касается третьего вывода, то можно было бы с радостью отказаться от него, если бы кто-то показал, что уже сейчас в области новой энергетики ведутся работы пусть даже в обьеме, в 10 раз меньшем необходимого, т.е. на уровне порядка 100 млрд.$ в год, и есть программа на несколько десятилетий вперед выхода на освоение 1 трилл. $ за год.

(О том, что ничего такого нет, свидетельствует доклад Велихова и Путвинского от 22.10.1999 (fusion.htm) "Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной перспективе", выполненный в рамках Energy Center of the World Federation of Scientists, где изложена концепция УТЯС на XXI век: государственное финансирование термоядерных программ по всем странам составляет сейчас 1,2 - 1,3 млрд.$ в год.)

Следовательно, если мы, уважаемые коллеги-физики, не хотим, чтобы в недалеком будущем нас женщины опять привязали веревками за шеи и заставили охранять вход в пещеры от диких зверей, нам нужно уже сейчас, не дожидаясь решений чиновников, как всегда увлеченных борьбой за кресла для своих з-ц, по определению принимающих во внимание только существующее статус-кво, взять инициативу в осмыслении и постановке данной задачи в свои руки.

Что касается УТЯС, то здесь очевидны две проблемы. Первая - наработка горючего - чисто технологическая. Энергия, выделяемая в каждом акте DD, DT реакций синтеза, порядка 1 МэВ/нуклон. Отсюда следует, что для обеспечения работы ТЯС расход тяжелого водорода (D,T) должен быть порядка 10 килотонн в год. Т.е. воды хватит надолго, особенно, если найти способ практической реализации DD реакции.

Вторая проблема носит принципиальный характер и связана с разработкой термоядерного котла. Здесь наибольшие перспективы имеет, очевидно, токамаковое направление УТЯС - удержание горячей плазмы в тороидальной магнитной ловушке. Сейчас пока плазма из нее вытекает из-за неустойчивостей за время, меньшее необходимого для положительного выхода энергии синтеза на требуемом уровне мощности. Определенные надежды в теории здесь есть, и эту задачу можно было бы обсудить (см. приложение № 1).

Можно также отметить, что термоядерная энергетика, извлекающая энергию в определенном смысле из вакуума, имеет несомненные преимущества перед любыми "внешними" источниками (ветровыми, водными, геотермальными, солнечными, биоуглеродными и т.п.), которые на требуемом уровне энергопотребления могут нарушать равновесие в экосфере Земли.

Компактный пучково-плазменный тор (КППТ) в собственном поле.
I. Абсолютная магнитная ловушка (АМЛ).
(Хлестков Ю.А., МИФИ)

В работе показано, что создать АМЛ для длительного удержания и нагрева плазмы в токамаке можно только в собственном поле заряженной среды инжекцией в плазму сильноточного релятивистского пучка (СРП).

Одним из способов создания термоядерного котла является удержание высокотемпературной плазмы в ограниченной области давлением магнитного поля, препятствующего контакту плазмы со стенками. В этой задаче наибольшие перспективы у токамакового направления - тороидальных магнитных ловушек.

Однако в существующих установках, в которых магнитное поле создается при участии внешних токовых обмоток, время жизни плазмы, определяемое развитием макроскопических неустойчивостей плазменного шнура, оказывается меньше необходимого для работы термоядерного генератора, когда энергия синтеза намного превышает затраты энергии на нагрев и удержание плазмы и на компенсацию тепловых и других радиационных потерь.

Возможно, проблема носит принципиальный характер и связана с тем, что магнитная ловушка, образуемая комбинацией токов внешних источников и собственных токов в плазме, является не абсолютной. Создать необходимое удерживающее поле можно без внешних источников - только собственными токами заряженной среды, в частности, инжекцией в токамак пучка электронов (СРП).

Каковы общие условия существования АМЛ и возможно ли длительное сохранение квазистационарного состояния КППТ в собственном поле? Обсудим сначала первую проблему.

Предложение 1. АМЛ существует только в геометрии тора в собственном поле заряженной среды.

1. Стационарное безызлучательное состояние компактной заряженной среды островного типа является аксиально-симметричным [1].
2. АМЛ - это аксиально-симметричная замкнутая непрерывная магнитная поверхность без особенностей, к которой касательно магнитное поле.
3. Непрерывное поле касательных векторов допускают только те многообразия, эйлерова характеристика которых равна нулю [2].
4. В трехмерном пространстве эйлерова характеристика равна нулю только в топологии тора [3].
   Таким образом, АМЛ должна представлять из себя семейство аксиально-симметричных вложенных тороидов, создаваемых токами зарядов.
5. Т.к. идеальный источник тока имеет особенность (разрыв: у внешних катушек всегда есть два разомкнутых конца), то создаваемая с его участием магнитная поверхность всегда имеет локальную неоднородность. Следовательно, магнитное поле внешнего источника не может быть составляющей АМЛ.
6. Т.к. интегральное семейство вихревых траекторий заряженных частиц в КППТ непрерывно, то их магнитное поле не имеет особенностей. Следовательно, в этом случае выполнено необходимое условие существования АМЛ.

Литература

1. Сибгатуллин Н.Р. Колебания и волны в сильных гравитационных и электромагнитных полях. М., Нау-ка, 1984.
2. Кобаяси Ш., Номидзу К. Основы дифференциальной геометрии. М., Наука, 1981.
3. Зуланке Р., Виттен П. Дифференциальная геометрия и расслоения. М., Наука, 1984.