понедельник, 21 декабря 2009 г.

Термоядерная «спичка»


К нашему удивлению, оказалось, что в связи с работой возглавляемой Станиславом Адаменко частной Лаборатории электродинамических исследований «Протон-21» возникают вопросы не только научного, но и морально-этического и даже общефилософского характера, имеющие большую общность и глубину.

И большая их часть, как нам кажется, не осознается не только сотрудниками лаборатории, но и всем украинским (а возможно – и более широким) научным сообществом. Это указывает на определенные системные дефекты в отношениях между наукой с одной стороны, и обществом и государством – с другой.  В данной публикации именно на этих вопросах мы и собираемся сделать акцент.

 А суть экспериментов, проводимых в лаборатории «Протон-21», корреспондент газеты «2000» Анатолий Лемыш пересказывает так: «Бомбардируя мишень сравнительно слабым пучком электронов, они «на выходе» получают явления, происходящие, как считается, внутри нейтронных звезд. Мишень коллапсирует (сжимается внутрь), потом происходит взрыв, он сопровождается ярчайшей вспышкой, ядерной трансмутацией (появлением большого количества ядер элементов, которых не было в мишени) и потоком всевозможных излучений. Энергия взрыва в миллионы раз (!) превышает энергию первоначального электронного пучка. Остается ее «запрячь», что, по всей видимости, задача непростая, но технологически вполне реализуемая».


Парадигма физического исследования

Нам доводилось, как самим читать курсы общей физики, так и знакомиться с курсами, прочитанными другими. Подавляющее их большинство начинается с введения в предмет, а значительная его часть уделяется изложению современной парадигмы физического исследования.

Согласно этой парадигме, физическое исследование начинается с наблюдения. Широко известна следующая история. Фарадей сделал перерыв в лекции. Во время перерыва его студенты занимались тем, чем занимаются все студенты во все времена – они «трогали руками» выставленные на столе приборы. Вдруг Фарадей заметил, что, когда шалун вставляет стержневой магнит в катушку, стрелка присоединенного к ней гальванометра отклоняется. Шалуну плевать, он туда и не смотрит, а Фарадей – потрясен! Это – наблюдение, из которого родилась вся электротехника, которая была, есть и будет.

Далее взволнованный Фарадей, выставив студиозов после лекции, начинает сам «шалить». Сначала его интересует, что в этом наблюдении существенно, а что нет. Мензурка, стоявшая на столе, - существенна? Он убирает ее, но стрелка все равно отклоняется. Нет, несущественна. Несущественно, во фраке ли он, или без фрака. Ну и т.д. А поскольку он – все-таки Фарадей, он догадывается, что и гальванометр не играет роли, и формулирует результат своих опытов так: при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в нем возникает электрический ток. У этого явления давно есть имя – электромагнитная индукция. Здесь-то и появляется его величество эксперимент: когда экспериментатор ставит опыты, он задает природе свои вопросы и получает на них ее ответы. Но не всегда, конечно, возможно вот так легко перейти от наблюдения к опытам.

Теперь наступает время осмысления всех этих экспериментов, выработки новых понятий, необходимых для их понимания, и попытки на их языке сформулировать наблюдаемые закономерности. Постепенно приходит догадка, что электродвижущая сила индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур, с обратным знаком. Вот эта догадка (она приходит в голову, как правило, великому человеку) называется гипотезой.

После появления гипотезы начинаются попытки ее опровергнуть, и только если они заканчиваются неудачей, гипотеза приобретает статус теории. Но и это еще не все. Далее, как правило после многих лет научных трудов многочисленных исследовательских коллективов и ученых, имеющих в своем распоряжении самые разнообразные материальные ресурсы, для этой теории устанавливаются границы применимости. С этого момента физическая теория становится абсолютной истиной. Собственно говоря, когда профессионал говорит «теория», он чаще всего подразумевает, что она включает в себя и границы своей применимости. Это только ленивый и нелюбознательный школьник формулирует второй закон Ньютона «эф равняется эм умноженное на а», а человек грамотный обязательно держит в уме еще и довольно длинный ряд ограничений, при выполнении которых данное утверждение истинно. Вот эта-то тетрада – наблюдение – опыт – гипотеза – теория – и составляет современную парадигму физического исследования. В этой парадигме может меняться очередность действий. Например, гипотеза может быть высказана до опыта, как в случае эффектов Джозефсона. Но все равно, только опытная проверка превратила его гипотезы в теорию.

Полученный таким образом научный продукт  надежен. Хотя с точки зрения чистой теории (вероятностей) ошибку и нельзя полностью исключить, вероятность ее настолько (как говорят – исчезающе) мала, что ею с чистой совестью можно пренебречь.

Смена парадигмы?

В последние несколько десятилетий складывается впечатление, что эта парадигма находится под угрозой. Почему? С одной стороны, дело в том, что в мире появляются уникальные физические установки, которые никто то ли не может, то ли не хочет повторить. А с другой – и в том, что появляются гипотезы, для прямого доказательства или опровержения которых (в каком-то решающем эксперименте вроде опытов Перрена с броуновским движением, давших прямое доказательство существованию молекул) у людей, скорее всего, никогда не будет необходимых ресурсов. Такова, например, гипотеза суперструн, без достаточных на то оснований частенько называемая теорией.

По этой причине научная истина и сама по себе теряет «твердость», и фундамент, на котором она зиждется, становится зыбким и расплывчатым. Ибо апробация результатов, их воспроизводимость, повторяемость оказывается затруднительной. А невоспроизводимое – кому оно нужно?

Не будем даже пытаться обсуждать проблему повторяемости таких исследовательских комплексов, как, скажем, построенный CERN-ом Большой Адронный Суперколлайдер стоимостью в 3 млрд. долларов. Это международный проект, и достаточно заменить работающий на машине коллектив исследователей (а ротация научных кадров там обязательно будет – таково уж свойство международных проектов), и сразу же можно с полным правом считать, что у этого коллектива в руках новая машина. Потому что с точки зрения добытых результатов совершенно безразлично, строить ли идентичные машины самим, или по очереди работать на одной-единственной. Так что, здесь все в порядке. Почему то же самое нельзя отнести к установке в лаборатории «Протон-21»?

Возможно, ситуация, сложившаяся в «Протоне-21» и вокруг него, уникальна. Возможно, - нет. Но даже, если она уникальна, понятно, что она может повториться в любой момент в любом месте.

Уникальная ситуация в данном конкретном случае сложилась в связи с тем, что коллективу лаборатории удалось создать установку, аналогов которой нет нигде в мире. Ее никто не воспроизвел, а, скорее всего – даже не пытался этого сделать. И дело здесь даже не в деньгах. Один из авторов когда-то потрясенно смотрел на лужу, над которой небрежно порхал ничем не выдающийся ветерок, и вдруг с поверхности ее потянулись в небо мелкие крутящиеся смерчики. Зрелище – незабываемое. И площадь лужи – максимум два квадратных метра – вполне лабораторного масштаба. Но как ЭТО повторить человеческими руками??

Установка Адаменко представляет собой мощный импульсный ускоритель электронов с чрезвычайно высокой объемной плотностью энергии. А наносекундные длительности импульсов обеспечивают их фантастическую мощность. В параметрах этих импульсов в самих по себе нет ничего принципиально недостижимого. Но как их повторить?? «Приезжайте и посмотрите» - говорит иногда С. Адаменко, но чаще – отсылает к сайту лаборатории. В составе одной из комиссий, посетивших лабораторию, был и один из авторов (В. Шулаев). Он действительно приехал, чтобы посмотреть. Что же он увидел? Ему показали «черный ящик». Сказали, что внутри него идет «стрельба» импульсными электронными пучками. Провели по нескольким комнатам. В них находились допотопные измерительные приборы образца 60-х годов прошлого века. «А можно посмотреть на диодную систему из источника электронов и мишени?» «Нет, нельзя, это наше «ноу-хау». Доступ внутрь «черного ящика» ограничен чрезвычайно: говорят, его имеет только узкий круг доверенных С. Адаменко лиц. И на диодную систему (изначальная версия которой, кстати сказать, была разработана сотрудниками ННЦ «ХФТИ») они никому не дают посмотреть. И это тем более странно, что на установку вместе с диодной системой выданы открытые патенты Украины (№ 71084 ) и России (№ 2261494): «Способ ударного сжатия вещества, устройство для его осуществления и плазменный катод для такого устройства». Ни один из авторов, достаточно поживших и поработавших в режимных учреждениях, никогда не сталкивался с такой нелогичной закрытостью.

Ферма, сформулировавший свою знаменитую теорему без доказательства, оправдывался малыми размерами полей книги, на которых он ее записал. Доказать эту теорему повторно удалось только через 2-3 века, да и то: вряд ли найденное доказательство повторяет то, которое нашел Ферма. Он-то, скорее всего, нашел нечто достаточно компактное и чрезвычайно остроумное. Или ошибочное. Почему – нет? А здесь – «ноу-хау». Изделие, являющееся «ноу-хау» при всем энтузиазме в попытках его повторить тоже имеет все шансы быть повторенным только через века.

История военной техники знает много примеров, когда попытки механически скопировать чужой завидный образец завершались неудачей, однако само его наличие, живого и исправно функционирующего, стимулировало поиски путей воспроизведения пусть не устройства, но результата, т.е. другого устройства, с помощью которого достигался бы тот же, или даже лучший, результат. Советский Союз, например, одно время развивал жидкостные ракетные двигатели, а в это же время в США появилось параллельное твердотопливное направление. Тем более никто не будет пытаться скопировать чужое «ноу-хау», если его живьем нет в руках.

Ясно, как день, что и хозяева «Протона», и научный коллектив лаборатории преследуют не только научные, но и коммерческие цели. Но они сами себе создают парадоксальную ситуацию: с одной стороны, они заявляют о выдающихся экспериментальных результатах, и эти результаты – если только они имеют место! – действительно обещают очень много, а с другой – блокируют самую возможность их повторения сторонними исследователями, хотя только такое повторение позволит сказать: «Да, такое явление действительно существует». В этой связи вспоминается имевший место двадцать лет тому назад бум, когда был открыт целый класс веществ, переходящих в сверхпроводящее состояние при «высоких» температурах. Тогда исследователи наперегонки публиковали свои сообщения в любых печатных экспресс-изданиях, и в первую очередь, ежедневных газетах – Бог с ними, с респектабельными научными изданиями, лишь бы побыстрее довести свой успех до коллег, и пусть они его поскорее проверяют, ведь без подтверждения нет приоритета! Какие бы, между прочим, бумаги ни были скреплены государственными печатями. Ученые разных стран годами бились, чтобы рассекретить свои засекреченные государством исследования, потому что секретность снижает темп научной работы. Это – нормальное для ученого поведение.

Интересно, что С. Адаменко вроде бы прекрасно все это понимает. Вот что он сказал в не такие уж давние времена корреспонденту газеты «Бизнес» Дмитрию Ангелину: «По сложившимся традициям, для научного признания, во-первых, необходима “критическая масса” публикаций в авторитетных изданиях, а во-вторых — воспроизведение наблюдаемых явлений в других лабораториях. Что касается воспроизведения, то мы еще ничего не делали для его ускорения и пока с этим не спешим».

24 февраля исполнится 7 лет со дня первого исторического эксперимента в лаборатории «Протон-21». И за 7 лет – никаких подвижек! Кроме разве что озвученной претензии на Нобелевскую премию. Вот почему даже при предельной доброжелательности возникает подозрение, что люди, создавшие такую странную ситуацию, заинтересованы в том, чтобы именно ее и эксплуатировать, а вовсе не декларируемые ими результаты. А до тех пор, пока они не повторены, они и не признаны. Потому что парадигма велика и всесильна, и она работает. И если ей суждено рухнуть, она обрушится и без усилий «протоновцев», но никогда она не приспособится к их интересам и потребностям, никогда не «ляжет под них».


Термоядерная искра

Во многом познании много печали. Овладение силами природы несет с собой не только новые возможности, но и новые угрозы. С того момента, как человек сделал первую лодку и сел в нее, у него появились дополнительные шансы утонуть. График зависимости энергии связи атомных ядер, приходящейся на 1 нуклон (протон или нейтрон) от атомного номера – горбатая кривая. Она означает, что самые устойчивые ядра находятся в середине таблицы Менделеева. А самоподдерживающиеся ядерные реакции идут так, чтобы их продукты принадлежали к зоне большей устойчивости по сравнению с исходными ядрами. То есть для ядер в конце таблицы Менделеева энергетически выгодно их деление, а для ядер начала – синтез. И вовсе не обязательно, чтобы это был водород. Это может быть чертова уйма элементов, среди которых есть очень распространенные.

Чтобы зажечь реакцию синтеза тяжелого водорода, внутри водородной бомбы сначала взрывается атомная. Этот взрыв развивает температуры, при которых начинается синтез. А далее правомерно задать вопрос: не создаст ли уже взрыв  водородной бомбы локальные условия для вовлечения в термоядерную реакцию более тяжелых элементов из окружающей среды? Если «да», то это была бы термоядерная катастрофа для всей нашей планеты. Когда американские физики создавали взрывное устройство, подобное водородной бомбе, они осознавали, что такой вопрос перед ними стоит, и что он нуждается в ответе. Поиском ответа занималось несколько независимых научных групп физиков-теоретиков, и только тогда, когда все они дружно сказали военным «можно», было взорвано термоядерное устройство (еще не бомба).

Аналогичный вопрос возникает в связи с сооружением Большого Адронного Суперколлайдера, в котором физики собираются воспроизвести условия, существовавшие в момент зарождения Вселенной. Он состоит в следующем: не может ли в ходе этих экспериментов появиться «черная дыра», которая в конечном счете поглотит и экспериментаторов, и суперколлайдер, и весь этот прекрасный мир? Вопрос осознается, он обнародован и есть уверенность, что эти эксперименты не будут поставлены, если будет оставаться хоть малая доля сомнений в отрицательном на него ответе.

Нет ничего удивительного, что те же вопросы возникают и в связи с «протоновскими» экспериментами. Процитируем фрагмент диалога между корреспондентом газеты «2000» и сотрудником лаборатории, профессором Киевского университета им. Т. Г. Шевченко доктором физ.-мат. наук Владимиром Высоцким (Анатолий Лемыш, «Приручить нейтронную звезду», газета «2000» №15(265) от 15-21.04.2005): 

-- А что вы скажете по поводу безопасности вашей маленькой бомбочки? Не могут ли ее использовать, например, террористы?

В.В.: Это небольшие процессы, при их помощи нельзя устроить большой взрыв. К тому же, он всегда направлен внутрь.

-- Но в результате-то получается взрыв наружу! И вообще: нельзя ли при помощи такого мини-ядерного взрыва запустить реакцию, которая привела бы к коллапсу всего окружающего мира?

В.В.: Нет! Взрыв всегда принципиально ограничен той мишенью, на которую направлен луч, и весь процесс проходит внутри нее. Наружу вылетают только продукты ядерных преобразований, которые сами не могут вызвать повторных взрывных процессов.

Мы просим обратить особое внимание на выделенный текст. Потому что, если «весь процесс проходит внутри нее», то куда девается якобы выделившаяся энергия? В какой форме она «выделилась», если она как бы «провалилась внутрь»? И как это согласовать с известным интервью С. Адаменко, данным им ВТГ (в №29 за прошлый год), в котором сказано, что секрет успеха состоял в том, чтобы «организовать саморазвивающийся, самоподдерживающийся процесс обострения, увеличения плотности энергии, но так, чтобы процесс получился с положительной обратной связью». Здесь ничего нет об ограничении его пространственно-временного масштаба. Наоборот, эти слова наводят на мысли о самостоятельном (после инициации) его распространении в пространстве (если еще точнее, – самораспространяющийся нуклеосинтез. И никто пока не знает, как им управлять, если он случится).

Да и вопрос о величине этой энергии тоже очень интересен. Энергия, закачиваемая в первоначальный электронный импульс, по порядку величины равна 0,1 - 1 КДж, а, по словам С. Адаменко, «соотношение вложенной энергии и выплеснувшейся разнится на 5-6 порядков», т.е. равно (по порядку величины по отношению к вложенной энергии) 0,1 - 1 ГДж (гигаджоуль!). Поэтому давайте будем вслед за С. Адаменко полагать (см. там же), что от одного электронного импульса в окружающую среду выделилось от 10 до 30 МДж. Переведем это в более понятный читателю тротил.

Удельная теплота тротилового взрыва составляет 4,190 МДж/кг. (см.: Орлова Е. Ю., Химия и технология бризантных взрывчатых веществ, 2 изд., Л., 1973). Если «от 10 до 30 МДж», то это – в тротиловом эквиваленте – от 2,5 до 7-8 кг. Такой взрыв разнесет в клочья и «Протон» и «протоновцев» в первом же «успешном» эксперименте! Ну, разве что «энергия ушла внутрь»…

Да и откуда берется величина «от 10 до 30»? Считая, что журналист правильно воспроизвел слова Станислава Васильевича, процитируем соответствующий фрагмент: «Что получаем после коллапса? Во-первых, изотопы элементов всей системы Менделеева от водорода до сверхтяжелых элементов. Можно для каждого ядра просчитать, сколько для такого превращения понадобилось энергии. Получается, что только по каналу ядерных превращений потребовалось 10-30 мегаджоулей! То есть, соотношение вложенной энергии и выплеснувшейся разнится на 5-6 порядков!».

Отсюда более-менее однозначно следует, что энергию эту никто прямо (скажем, калориметрически) не измерял (еще бы – килограммы тротила!). Она оценивалась косвенно, а косвенные оценки всегда основаны на каких-то предположениях, которые могут оказаться и недостаточно оправданными. Да и вся приведенная цитата для физика выглядит настолько неряшливо, что ее истолкование, скажем так, несколько затруднительно.

Другим примером некорректного использования физических представлений в лаборатории «Протон-21» являются ссылки на критерий Лоусона. («Приручить нейтронную звезду»). Во-первых, конкретные числа, фигурирующие в формулировке критерия Лоусона г-ном С. Адаменко, относятся к дейтерий-тритиевой плазме. Во-вторых, он определяет не  условия зажигания реакций термоядерного синтеза, а условия их самоподдерживающегося  протекания в течение достаточно длительного временного промежутка. (См., например, В. В. Вихрев, В. Д. Королев. Критерий зажигания самоподдерживающейся термоядерной реакции в Z-пинчах. В сб. «ХХХII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС», 14-18 февраля 2005 г). А это – разная физика, потому что к моменту поджига даже самое понятие температуры неприложимо. В общем, критерий Лоусона не является чем-то фундаментальным, вроде формулы Эйнштейна, он чувствителен ко многим конкретным обстоятельствам. Поэтому заявления С. Адаменко о превышении критерия Лоусона «в каждом из 10 000 экспериментов» из-за несопоставимости условий синтеза имеют такой же смысл, как и его утверждение о количестве энергии, «выплеснувшейся» в результате зажигания «нуклеосинтеза» в материале медной мишени. Нельзя же так. Как говорил Жванецкий, «тщательнее надо».


Почти бесполезный эпилог

Конечно, физика никогда не была «простой наукой», а сегодня и подавно. Есть в ней вещи, доступные лишь пониманию специалистов. Но это, скажем так, «промежуточные вычисления» и «промежуточные рассуждения». А ее окончательные результаты выходят в область повседневного опыта и всегда могут быть поняты в рамках того, что называют житейским здравым смыслом. Мегаджоули всегда можно перевести в килограммы тротила, а с тротилом подавляющему большинству все ясно, даже если кто его и в руках не держал. Но… почему-то никто не переводит, и по этой причине, чтобы спрятать абсурдность результата, оказывается достаточно воспользоваться (вовсе даже не специально) непривычной для большинства единицей измерения. Не верится, что абсурда вообще никто не заметил, кто-то, наверное, все же заметил и бросил газету с очередным интервью С. Адаменко в корзину: «Печатают же всякую чушь!» Что ж, имеет право…

Хуже другое. Хуже то, что у нас нет людей, которые по должности были бы обязаны замечать такие нелепости и реагировать на них. В СССР этим занималось гигантское ведомство, которое называлось Комитетом по делам изобретений и открытий. Там сидели люди, к которым попадали заявки. У них была целая армия помощников-экспертов. Она называлась Всесоюзный Государственный Научно-исследовательский Институт Патентной Экспертизы. Один из авторов, будучи школьником, увлекался химией. Когда запустили первые искусственные спутники Земли, он решил немного помочь ракетчикам, и написал в Президиум Академии Наук, что самым лучшим ракетным топливом будет твердый атомарный водород. Ответ пришел из Комитета. Он гласил, что твердого атомарного водорода не бывает, а посему…

Что тут скажешь, не бывает – значит, не бывает. Но уже в конце семидесятых ему довелось прочесть, что в США атомарный водород все же используется в твердых топливах. В шашки молекулярного твердого водорода там добавляли радиоактивный фосфор, продукты распада которого разбивали молекулы водорода на атомы. Так удавалось добиться 15-процентного содержания в шашках атомарного водорода.

То есть, в СССР это дело было построено так, что «сито» ВНИИГПЭ скорее отбраковывало идею разумную, но необычную, чем пропускало нелепость.

Это, конечно, не совсем то, что нужно. Не идеал. Но нельзя же шарахаться и в другую крайность и выдавать патенты, не подвергнув заявку проверке даже на житейский здравый смысл, хотя уж это-то сделать несложно и совершенно необходимо при любой системе патентования и при любой патентной политике. Два государства выдали патенты, и ни одно из них, оказывается, не имеет «фильтра по здравому смыслу». И не делает это чести ни Госдепартаменту интеллектуальной собственности Украины, ни украинскому Министерству образования и науки, тоже оказывающим «Протону» всемерную поддержку.  Глава ГДИС, кстати сказать, совсем недавно в газете «Известия-Украина» утверждал, что «Протон» вот-вот… «родит». Блажен, кто верует. Вот и говорите после этого, что Украина-де – не Россия, а Россия – не Украина. Ум у нас, может быть, и разный, а вот глупость еще со времен Салтыкова-Щедрина – общая.

Валерий Тырнов
Валерий Шулаев

© Copyright Тырнов Валерий Федорович (valeryj@mail.ru), Шулаев Валерий Михайлович. Перепечатка разрешается, гонорар приветствуется. Реквизиты – по е-мэйлу.

 

Комментариев нет:

Rambler's Top100 Полный анализ сайта Всё для Blogger(а) на Blogspot(е)! Закладки Google Закладки Google Закладки Google Delicious Memori БобрДобр Мистер Вонг Мое место 100 Закладок