ОБ ЭНЕРГЕТИКЕ БУДУЩЕГО

     Запасы горючих ископаемых, на которых базируется современная энергетика на земном шаре, не бесконечны. Человечество уже сегодня озабочено проблемой обеспечения своего будущего энергией. Выдающийся советский ученый, лауреат Государственных и Нобелевской премий академик Н. Н. Семенов считает, что ведущая роль в энергетике будущего будет принадлежать термоядерной реакции, а также широкому, и более эффективному использованию солнечной энергии. Обилие дешевой энергии, говорит академик Семенов, будет способствовать не только дальнейшему развитию промышленности, но и вызовет революционные преобразования в сельском хозяйстве, обеспечит продуктами питания будущее население Земли.

     Академик Н. СЕМЕНОВ.

     Современная наука, и техника открывают поистине огромные перспективы для полного, но, конечно, разумного удовлетворения основных материальных потребностей всех людей земного шара. Реализация этой великой гуманистической задачи лимитируется не научно-техническими возможностями, не ресурсами труда и материальных средств, а причинами социальными, существующим еще на планете несовершенством в устройстве человеческого общества.

     Решающее значение для развития материальной базы общества, и комфортабельного быта людей имеет энерговооруженность, особенно же количество электроэнергии, вырабатываемой на душу населения. Сейчас в среднем во всем мире на одного человека приходится всего около 0,23 установленного киловатта. Эго крайне мало, особенно имея в виду, что в развивающихся странах эти цифры во много раз меньше.

     Без сомнения, электроэнергия является наиболее квалифицированным видом энергии. Она получается сейчас в основном за счет тепловых электростанций, сжигающих! топливо различных видов. Однако во многих случаях бывает нужна и непосредственно тепловая энергия сжигания топлива, напри мер, для работы автомобильных, и авиационных моторов. Поэтому основным показателем энерговооруженности в конечном итоге является количество добываемого топлива на душу населения. В среднем на одного человека в мире добывается около двух тонн условного топлива (с теплотворной способностью 7 000 ккал/кг). Естественно, что эта цифра сильно различается для разных стран. Так, например, в США на душу населения приходится 10 тонн топлива, а в Индии - всего 0,2 тонны, то есть в 50 раз меньше.

     Рассмотрим в первую очередь состояние современной энергетики, в основном базирующейся на горючих ископаемых (уголь, нефть, газ). Сейчас в мире добывается около 6 млрд, тонн условного топлива в год. При сжигании это дает 7 - 10° ккал/тонн., а значит, добыча энергии составит 42-10^15 ккал. О том, как потребляется это топливо, дает представление таблица 1. В ней приведены примерные данные в процентах от общей добычи топлива.

     Таблица 1

     На получение энергии в тепловых электростанциях идет 30% всего добываемого топлива. Тепловые электростанции (работающие в среднем с КПД около 30%) дают подавляющую часть электроэнергии. Доля гидроэлектростанций составляет примерно 17%, а доля атомных электростанций пока еще мала. Бурное развитие промышленности, механизация сельского хозяйства, быстрый рост населения земного шара вызывают непрерывное увеличение добычи топлива. При такой ситуации, естественно, встает вопрос, на, какое же время хватит запасов горючих ископаемых. Ответить на этот вопрос трудно, так, как пока нет теоретических возможностей оценить эти запасы хотя бы очень приблизительно Цифры же разведанных запасов из года в год колеблются.

     Таблица 2

     Так, за последние 30 лет геологи открыли богатейшие запасы нефти, как раз в то время, когда многие старые месторождения стали истощаться.

     Все же на основании выявленных месторождений и геологических прогнозов имеются различные, по, в общем, сравнительно близкие оценки экономически выгодных для разработки мировых запасов горючих ископаемых. Данные одной из таких оценок приведены в таблице 2.

     В первом столбце приведены прогнозные геологические запасы, в третьем - экономически целесообразная выработка этих запасов.

     В 1970 году добыча всех приведенных в таблице видов топлива составляла около 6 млрд, тонн условного топлива. Таким образом, годичная добыча составляет около 0,15% от запасов по столбцу 3.

     Темпы роста добычи топлива в течение ряда десятилетий были достаточно высоки (приблизительно удвоение за каждые 20 лет).

     Исходя из темпов добычи в прошлом, и допустив, что темпы роста добычи сохраняются и дальше, мы можем дать прогноз годичной добычи в будущем в математической форме. Обозначим мировую добычу горючих ископаемых в 1970 году через А=6ХЮ9 тонн усл. топл. Будем отсчитывать время I от 1970 года, где t выражено в годах. Тогда ежегодная добыча Q=A - 21/20 Нас интересует, однако, не годичная выработка ископаемых, но общая выработка их за t лет, прошедших с 1970 года, что выразится интегралом

     Отсюда мы можем вычислить, какая доля возможных для извлечения запасов (по столбцу 3 таблицы 2) будет добыта ко времени t (см. таблицу 3).

     Таким образом, практически все топливо будет извлечено за 80 лет, если исходить из вышеприведенных запасов.

     Если допустить, что дальнейшая геологическая разведка, и улучшение коэффициента извлечения приведут к увеличению запасов, скажем, в восемь раз (на большее трудно рассчитывать, так, как глубинное бурение, которое принесло нам значительное увеличение запасов нефти, уже давно освоено), то в таком случае запасы топлива будут исчерпаны не в 2050 году, а в 2110, то есть не через 80 лет, а через 140 лет.

     Американские ученые в своих прогнозах приходят к подобным же результатам. По одному из их расчетов, экономически выгодные запасы топлива в США будут истощены в течение 75 - 100 лет, а общие потенций п>-ные запасы топлива - за период 150 - 200 лет.

     Таблица 3

     Понять, почему за последние годы темпы роста добычи топлива значительно увеличились, не так трудно. Дело в том, что добыча нефти с 1880 года и до нашего времени росла очень быстро удваивалась примерно каждые 10 лет. Однако количество добываемой нефти в первые 30 лет XX века было очень невелико по сравнению с углем. В дальнейшем добыча нефти стала составлять уже заметную часть от добычи угля, и к 1950 году достигла половины (в ед. усл. топл.).

     Доля нефти и газа в составе современного топлива за последние десятилетия быстро растет, и сейчас составляет примерно 70%, а на долю угля падает всего 30%. Между тем мировые запасы нефти и газа, как мы видели из третьего столбца таблицы 2, в пять с лишним раз меньше, чем угля. Если так будет продолжаться, эти важнейшие для транспорта, и химии источники сырья будут исчерпаны на глазах нынешнего поколения молодых людей. Отсюда следует, что мировая электроэнергетика должна в основном строиться на базе угля.

     Многие сомневаются в том, что быстрые темпы роста мировой добычи топлива сохранятся в течение будущего времени и их падения не произойдет. Мне кажется это не совсем верным. Надо думать, что XXI век будет характеризоваться быстрым техническим прогрессом развивающихся стран. Как мы видели, диспропорция в количестве добываемого топлива очень велика. В США на душу населения приходится в 50 раз больше горючих ископаемых, чем в Индии. За 100 - 150 лет картина должна в корне измениться, и добыча топлива если не полностью сравняется в различных группах стран, то по крайней мере значительно приблизится к высокому уровню. Поэтому с течением времени надо ожидать не снижения, но скорее увеличения темпов роста добычи топлива в мировом масштабе.

     Конечно, все эти прогнозы связаны с различным предположением и могут колебаться в достаточно широких пределах. Одно только совершенно ясно. При всех условиях запасы горючих ископаемых будут исчерпаны в обозримое время. Таким образом, перед человечеством нависает настоящая катастрофа - энергетический голод. Мы - люди, живущие сейчас, - бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущим поколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств, и т. и. Поэтому нашей задачей, особенно задачей ученых и инженеров, является решение вопроса об иных, новых, более эффективных путях обеспечения человечества энергией. Это надо делать быстро, пока горючих ископаемых имеется еще достаточно для химии будущих столетий. Отрадно отметить, что за последние 20 лет такие новые пути уже начали разрабатываться.

     Необходимость перехода человечества на новые виды энергии, не связанные с горением топлива, диктуется, и другими причинами, не имеющими отношения к проблеме исчерпания запасов топлива.

     Современные заводы, электростанции и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу огромное количество углекислоты в результате сжигания топлива. Мы видели, как бурно растет в последнее десятилетие потребление горючих ископаемых, которые в основном сжигаются в камерах двигателей, и топках котлов. Огромное дополнительное количество углекислого газа не только используется растениями, но и поглощается океанами с образованием в их воде карбонатов. Таким образом, океаны являются мощными буферами, поддерживающими равновесие углекислоты в атмосфере. Однако становится заметным некоторое, правда, пока небольшое, увеличение углекислоты в атмосфере - от 0,03% до 0,032%.

     Исключительно быстрый рост потребления топлива со временем, видимо, приведет к значительному увеличению содержания углекислоты в атмосфере. Для людей, и животных это не страшно, но для изменения климата Земли это могло бы через 200 - 300 лет привести к катастрофическим последствиям. Углекислота атмосферы, интенсивно поглощая инфракрасное излучение Земли, вызовет нагрев Земли и нижних слоев атмосферы (парниковый эффект), и приведет к созданию на Земле столь жаркого и влажного климата, в котором люди не смогут жить. Пока этот эффект мал, но, когда углекислоты станет значительно больше, чем сейчас, это приведет к значительным осложнениям.

     Таким образом, быстрое исчерпание в будущем ресурсов обычного топлива, и опасность увеличения углекислого газа в атмосфере настоятельно ставят перед человечеством проблему создания принципиально новой базы мировой энергетики. Времени на создание этой базы у нас мало, максимум около 100 лет.

     Естественно, взоры наши прежде всего обращаются к использованию атомной энергии в виде уже существующих атомных электростанций. Однако получение атомной энергии ограничено залежами урана. Правда, со времени открытия атомной энергии экономически выгодные для разработки запасы урана непрерывно увеличиваются. Но беда в том, что для получения электроэнергии используется лишь изотоп уран-235, содержащийся в урано-238 в количестве 0,7%, а весь оставшийся уран-238 идет в отвал. В таком виде атомная энергия никогда не смогла бы занять доминирующего положения в энергетике.

     Вместе с тем давно было известно, что уран-238 при захвате им нейтрона в конечном счете дает плутоний, являющийся еще более активным материалом, чем уран-235. Но для осуществления такого процесса необходимо иметь нейтронный источник, работающий с хорошим КПД. Идея создания такого источника еще в начале 50-х годов возникла в Советском Союзе, а затем в США. Это мог бы быть протонный ускоритель на 0,5 - 1 Мэв. Быстрые протоны, попадая на мишень из урана-238, пронизывают электронную оболочку атома, проникают в ядро урана-238 и при этом выбивают 30 - 50 нейтронов на каждый протон. Получаемые таким путем нейтроны реагируют с ураном-238, и преобразуют его в плутоний. Эта идея оживленно обсуждалась у нас и в США вплоть до последнего времени.

     Однако за это время в Советском Союзе, и США возникла значительно более простая для реализации идея использования рана-238 в так называемых реакторах-размножителях. Прототипы таких котлов уже появились в США, СССР и Франции. Идет разработка оптимальных типов котлов-размножителей, работающих на плутонии. При делении атома плутония выделяется около 3 нейтронов. Один идет на поддержание цепной реакции деления, обеспечивающей работу электростанции. Второй нейтрон поглощается оболочкой котла из урана-238, и идет на образование плутония, обеспечивающего новую зарядку котла после выработки первичного заряда плутония. Наконец, третий нейтрон каждого атома частично теряется бесполезно, а частично обеспечивает получение некоторого дополнительного количества плутония в работающих котлах, что и дает возможность «размножения» атомных котлов. Таким образом, удается использовать весьма большую долю от всего добываемого урана в качестве делящегося материала. Иначе говоря, эффективность добываемой руды можно повысить почти в 100 раз. При этом становится экономически целесообразной разработка даже очень бедных месторождений урана, а также добыча его из океанской воды. Хотя концентрация урана в воде очень мала (5 миллиграммов на тонну), но общие его запасы в океанах в 1 000 раз больше, чем в земной коре.

     Пока рост числа котлов-размножителей идет сравнительно медленно (примерное увеличение в 2 раза за 10 лет), но уже через 50 лет значительную часть энергетики Земли можно будет обеспечить за счет атомной энергии.

     Метод котлов-размножителей в принципе вполне реален, и дело стоит за чисто технологической его доработкой. Достоинством метода является отсутствие радиоактивных газов, которые могли бы заражать атмосферу. Однако метод имеет и недостаток, состоящий в том, что практически все запасы урана, и тория будут переведены в радиоактивные остатки деления, что может иметь вредные последствия. Поэтому даже при захоронении их глубоко под землей необходимо иметь полную гарантию, что осколки деления в течение столетий не смогут отравить подземные воды. Проведенные уже на этот предмет опыты дают благоприятные результаты, но, учитывая огромное увеличение числа атомных котлов, необходимо выполнить самые скрупулезные исследования условий захоронения, которые бы с абсолютной достоверностью исключали всякую опасность.

     Совершенно новые возможности открываются перед человечеством с осуществлением термоядерной управляемой реакции. Однако ее осуществление казалось сначала невозможным из-за громадного количества выделяющегося тепла и соответственно высокой температуры в зоне реакции, достигающей сотен, и более миллионов градусов. Именно такие температуры и необходимы для того, чтобы реакция шла достаточно быстро, и сама себя поддерживала. Само собой разумеется, что в результате теплоотдачи стенки термоядерного реактора мгновенно превратятся в пар. Однако физики (сколько я знаю, первыми эго сделали советские физики) выдвинули принцип магнитной изоляции, решающий вопрос о таком уменьшении теплопередачи к стенкам, которое в принципе сделало бы процесс осуществимым. При разогреве вещества мощным импульсом тока удалось на мгновение нагреть его до температуры, близкой к необходимой для начала термоядерной реакции, и проверить действие магнитной изоляции.

     После того, как была доказана возможность магнитной изоляции, ученые полагали, что управляемую термоядерную реакцию удастся осуществить в течение ближайших десяти лет. На решении этой проблемы было сосредоточено много квалифицированных ученых во многих странах, в частности, и у нас. Однако чем дальше углублялись исследования, тем больше появлялось трудностей. Сейчас удалось сформулировать, какие именно трудности надо преодолеть для получения устойчивой термоядерной реакции.

     Две термоядерные реакции с самого начала привлекали внимание. Первая из них - это бимолекулярная реакция ядер газообразного дейтерия. В сущности, она состоит из двух параллельных и отпой промежуточной реакции

     D + D = Не3 + п, где D - ядро дейтерия (изотоп водорода), содержащее один протон, и один нейтрон;

     He3 - изотоп гелия, содержащий в ядре два протона и один нейтрон;

     D + D = Т + р 1 - ядро трития (изотоп водорода), содержащее один протон, и два нейтрона;

     Т + D = Не4 + n Hе4 - обычный гелий, содержащий в ядре 2 протона и 2 нейтрона, n - нейтрон, р - протон.

     При этом скорость последней стадии значительно выше, чем первых двух, и поэтому слабо радиоактивный тритий будет практически отсутствовать в продуктах реакции.

     Вторая интересующая ученых термоядерная реакция выглядит следующим образом:

     Т + D = Не4 + n.

     Она может быть осуществлена значительно легче, чем первая, однако требует синтеза трития, которого пет на Земле. Исходный заряд трития может быть получен в обычных атомных котлах. А дальше, как мы сейчас увидим, он может воспроизводиться в ходе термоядерной реакции за счет выделяемых ею нейтронов. Для этого реактор необходимо окружить оболочкой из химических соединений лития. В литии в количестве 7% содержится изотоп Li6. При реакции нейтрона, замедляющегося в литиевой оболочке, происходит реакция n+Li6 = Не4+Т. Образующийся тритий выделяется, и снова используется в основном процессе. Мало того, если между реактором, и оболочкой проложить слой, содержащий бериллий, то идет реакция, при которой из одного нейтрона получаются два. Эти оба нейтрона реагируют с Li6, и возникают два атома трития. В этом случае количество образующегося трития не только компенсирует израсходованный в реакции тритий, но дает избыток, позволяющий в принципе создавать новые термоядерные реакторы.

     При обеих рассмотренных реакциях выделяется огромное количество тепла в первой из лих на один грамм газа выделяется столько энергии, сколько получается при сжигании примерно 10 тони угля, а во второй - 14 тонн угля. Реакции идут при температурах порядка ста миллионов градусов. При таких условиях газ представляет собой плазму из электронов, и положительно заряженных ядер. Допустим, что реактор работает на быстро чередующихся импульсах тока, мгновенно разогревающих плазму. Вся трудность заключается в том, что плазма сохраняет устойчивость лишь в течение очень короткого времени, т, которое зависит от силы магнитного поля, и конструкции реактора. Обеспечить достаточную полноту реакции возможно лишь в том случае, если время реакции t меньше времени т. Таким образом, протекание реакции определяется условием

     T/t > 1

     Скорость реакции выражается формулой W = kN2, где N - количество ядер в см3, а к - константа скорости реакции при данной температуре. Отсюда время реакции

     t = l/kN -, и условие осуществления реакции выразится так kNt > 1. Константа к бимолекулярной реакции, как всегда, пропорциональна сечению столкновения частиц, в данном случае ядер. Радиус г определяет собой то наибольшее расстояние между ядрами (в момент прохождения их друг около друга), при котором реакция еще осуществляется.

     Оказалось, что сечение реакции D + D в 100 раз меньше, чем реакции Т + D, а, следовательно, и константа к в 100 раз меньше для первой реакции, чем для второй, поэтому численное значение произведения Nt для реакции дейтерия составит величину 101С, а для трития с дейтерием 10й. Таким образом, реакция трития может быть осуществлена значительно легче.

     В настоящее время экспериментально достигнута величина Nt=10^12, по есть основания думать, что со временем можно будет достичь, и 10^14, что приведет к осуществлению реакции трития с дейтерием.

     Однако сама по себе эта термоядерная реакция Т + D обладает тремя недостатками. Первый из них связан с необходимостью использования Li6 в том же количестве, что, и трития, и дейтерия. Разведанные на сегодняшний день мировые запасы достаточно богатых литием руд (и минерализованные воды) очень невелики, особенно если вспомнить, что изотоп Li6 содержится в литии в количестве 7%. Если положить термоядерную реакцию Т + D в основу мировой энергетики, то запас Li6 в разведанных месторождениях будет целиком использован за сравнительно небольшой отрезок времени. Литий относится к очень рассеянным элементам, и, хотя общее его содержание в земной коре достаточно велико, концентрация очень мала. Например, в гранитах он содержится всего в количествах 1/1000 - 1/10 000 долей процента, поэтому разработка таких руд представляется малорентабельной.

     Вторая трудность состоит в том, что при работе с тритием очень сложно избежать его потерь, и постепенного накопления в атмосфере. Между тем тритий радиоактивен. Поэтому применение реакции с ним требует полной гарантии радиоактивной безопасности, то есть извлечения трития из отходящих газов.

     Конечно, и в реакции D + D в качестве промежуточного продукта появляется тритий, однако в условиях проведения этой реакции тритий будет практически мгновенно реагировать, и полностью исчезать за счет реакции Т + D.

     Наконец, в-третьих, само извлечение трития из литиевой оболочки реактора довольно трудно будет технически совместить с использованием тепла для работы уже обычного котла электростанции. Заметим, что 7/9 энергии термоядерной реакции T-J-D уносится в оболочку с быстрыми нейтронами, в самом же реакторе выделяется всего 2/9 общей энергии.

     Все эти недостатки термоядерной реакции трития, даже если она будет осуществлена, делают ее отнюдь не более перспективной, чем метод котлов-размножителей. Поэтому можно считать практическое осуществление реакции Т + D лишь преддверием к решению проблемы на базе реакции D + D. Мы видели, что трудностей для осуществления этой реакции в сто раз больше, чем для реакции Т + D. И все же пет оснований сомневаться, что человеческий гений добьется своего, быть может, ценой длительных усилий. Возможно, эго случится через много десятков лет, но рано или поздно это произойдет.

     С этой оптимистической точки зрения осуществление, и техническое оформление котлов электростанций на реакции Т 4D представляется крайне важной тля будущего осуществления реакции D + П.

     Мне хотелось бы сказать еще несколько слов о перспективах получения термоядер21

     пой реакции D 4D. За последние 20 лет все усилия были направлены по одному руслу. Не было принципиально новых идей. Л между тем они, несомненно, должны появиться. С этой точки зрения следует обратить внимание на новую оригинальную идею, высказанную, и проиллюстрированную академиком Басовым, и некоторыми французскими учеными. Эта идея заключается в импульсном нагреве твердых соединений дейтерия или непосредственно замороженного дейтерия с помощью лазеров.

     Басов направил узкий лазерный пучок на дейтерид лития. Лучшие результаты получались при очень коротких импульсах, когда образующаяся в результате нагрева лазерным пучком плазма не успевает еще расшириться. При этом был зарегистрирован небольшой выход нейтронов, что свидетельствовало о протекании пусть еще очень слабой, термоядерной реакции. По новой идее плазма не требует никакой магнитной изоляции. Хотя в этих опытах т очень мало, но зато концентрация ядер достаточно велика, поскольку плазма возникает в твердом теле.

     Под пучок будет подводиться лишь очень малое количество вещества. Затем импульс лазера прерывается на короткое время, подводится новая малая порция вещества, и т. д. Таким образом, установка будет работать подобно автомобильному двигателю, где топливо подается в цилиндры порциями.

     Недавно группа американских физиков предложила другой, очень остроумный путь получения термоядерной энергии за счет энергии лазерных пучков. Пока опубликованы лишь расчеты, что же касается экспериментов, то неизвестно, проводились ли они Идея заключается в следующем. На сферическую частицу из твердого дейтерия или дейтерия с тритием направляется сферически сходящийся световой поток. Он ионизирует поверхностный слой частицы, и поглощается в нем. В результате этот поверхностный слой разлетается во все стороны, и сообщает импульс отдачи оставшейся части частиц, сжимая их. Расчеты показывают, что при этом частица сжимается. Задавая определенным образом зависимость импульсной отдачи от времени (что достигается соответствующим программированием формы лазерного импульса), можно получить режим почти адиабатического сжатия частицы до плотности в 104 раз больше первоначальной, и достичь плотности атомов дейтерия до 1027 атом/см3. Возникающая при этом высокая температура обеспечивает очень быстро протекающую термоядерную реакцию. По расчетам, 60 джоулей лазерной энергии могут привести к получению 2 мегаджоулей термоядерной энергии. Конечно, здесь, как, и в случае, предложенном Басовым, и французскими учеными, термоядерное горение будет происходить, как последовательность быстро следующих друг за другом малых термоядерных взрывов, соответствующих превращению нескольких десятых микромолей дейтерия при нормальном давлении в гелий.

     Если удастся решить проблему осуществления термоядерной реакции на одном дейтерии, то именно ее следует положить в основу мировой энергетики. Она имеет ряд бесспорных достоинств перед всеми другими путями энергетического - обеспечения будущего человечества. Во-первых, ее сырьевые ресурсы безграничны, и вместе с тем не требуют никаких горнорудных трудоемких работ. Этим сырьем является вода, в неограниченных количествах имеющаяся в океанах, которая содержит дейтерий в количестве 1/350 от веса водорода или 1/6 300 от веса воды. Учитывая, что один грамм дейтерия при термоядерной реакции выделяет тепло, эквивалентное сжиганию 10 тонн угля, запасы его в воде можно считать практически бесконечными. Дейтерий может быть извлечен из обычной воды уже разработанными методами. Для обеспечения энергии, равной теплоте сгорания всех ежегодно добываемых сейчас горючих ископаемых, потребуется извлечь дейтерий из воды, содержащейся в кубе со стороной 160 метров.

     Вторым достоинством этой реакции является практическое отсутствие радиоактивных загрязнений. Образующиеся конечные продукты Не3, и Не4 безвредны.

     Есть ли предел использования термоядерной энергии? Как это ни странно, такой предел существует, и он связан с перегревом поверхности Земли, и атмосферы в результате выделения тепла в термоядерных реакторах. Можно подсчитать, что средняя температура земной суши, и океанов повысится на 7°, когда тепло термоядерных реакторов составит 10% от солнечной энергии, поглощаемой поверхностью Земли, и океанов, а также нижними слоями атмосферы. Такое повышение средней температуры поверхности земного шара, и океанов вызовет резкое изменение климата, а может быть, и создание условий для всемирного потопа за счет таяния льдов Антарктики, и Гренландии. Поэтому вряд ли можно увеличивать добычу термоядерной энергии более чем до 5% от солнечной энергии, что соответствует разогреву земной поверхности на 3,5°. Однако представляет интерес получить более точные расчеты об опасности перегрева Земли.

     Институт океанологии Академии наук СССР согласился провести очень трудный, нигде не проводившийся расчет, что будет с плавающими льдами, и со льдами Антарктики, и Гренландии при повышении средней температуры поверхности земного шара на несколько градусов? Приведет ли такое повышение лишь к определенному стационарному изменению климата, и уменьшению плавающих льдов в прибрежных районах Антарктики, и Гренландии или при некотором критическом нагреве вызовет прогрессивное таяние их ледников?

     Решение этой задачи интересно не только для ответа на наш вопрос, по, и для подхода к разработке теории ледниковых периодов, и процессов потепления климата Земли. Есть много, и других, более частных вопросов, как, например, строгое теоретическое обоснование появления сравнительно теплых оазисов, открытых недавно в Антарктиде.

     Сейчас трудно сказать, какой именно нагрев Земли приведет к необратимому изменению ледового покрова, и климата. Но думаю, что выбранная нами величина 3,5° при выделении энергии всеми термоядерными, и атомными станциями скорее завышена.

     Сосчитаем теперь, каких же предельных значений может достичь использование ядерной энергии. Как уже говорилось, увеличение средней температуры на 3,5° соответствует тому, что тепло, выделяющееся от всех ядерных установок, не должно превышать 5% от общей солнечной радиации, поглощаемой поверхностью Земли, и прилегающими к ней нижними слоями атмосферы. Солнечная энергия, падающая на земной шар, составляет 4 – 10^13 ккал/сек. 30% солнечной радиации отражается от земного шара, и уходит в мировое пространство, значительная часть поглощается высшими слоями атмосферы, и т. д. До поверхности планеты, и примыкающей к пей части атмосферы доходит менее 50% от общей энергии, посылаемой Солнцем, то есть 2 – 10^13 ккал/сек. 5% от этой энергии составляет 1012 ккал/сек., или в год 10^12 - 3 – 10^7 = 3 – 10^19 ккал/год.

     В нашем предположении именно эта энергия является максимально возможной тепловой энергией, которую допустимо получать от всех термоядерных, и атомных электростанций. Сравним это число с энергией всего добываемого в год топлива (нефть, газ, и уголь). Как мы видели, в год добыча их составляет 6 - 109 тонн условного топлива с теплотворной способностью 7 – 10^6 ккал/тонн, что дает 4,21016 ккал/год. Таким образом, от термоядерной энергии мы получим 3*10^19/4,2 – 10^16 = 700, то есть в 700 раз больше энергии, чем мы имеем сейчас. Возможно, что это число несколько преувеличено, и на самом деле термоядерной энергии будет лишь в 500 или даже в 300 раз больше, чем энергии от сожженных полезных ископаемых. Но все равно это грандиозная цифра. Такого количества энергии, вероятно, будет достаточно будущему человечеству, если, конечно, население Земли, особенно за счет Юго-Западной Азии, не будет увеличиваться ежегодно в течение ближайших столетий более чем на 1,7%, как это имеет место сейчас.

     Большие перспективы открываются перед человечеством в связи с лучшим использованием солнечной энергии. Солнце ежесекундно посылает на Землю 4 - 1013 больших калорий. Однако даже в абсолютно чистой атмосфере рассеивается, и поглощается около половины солнечного света, и до поверхности Земли доходит лишь около

     50% от указанной выше величины. Облака, пыль, и т. п. уменьшают долю доходящей энергии примерно до 40%. И все же общее количество солнечной энергии остается совершенно грандиозным, в десятки раз большим, чем то, что можно получить от «предельно» допустимого использования управляемой термоядерной реакции.

     Возникновение жизни на Земле связано с появлением сперва микроскопических, а затем, и весьма крупных растений, которые в процессе эволюции выработали аппарат фотосинтеза, позволяющий за счет энергии Солнца превращать углекислоту, и воду в органические вещества, и одновременно превращать связанный кислород в свободный. Последнее определило создание, и поддержание кислородсодержащей атмосферы Земли, а также стабилизацию углекислоты в атмосфере. Все эти условия, вместе взятые, создали возможность появления животного мира.

     Запасы горючих ископаемых обязаны своим происхождением растительному и, в меньшей степени, животному миру. В них, как бы аккумулировалась солнечная энергия далеких прошлых лет. Таким образом, вся наша современная промышленность создалась в конечном счете благодаря солнечной радиации. Пища, растительная, и животная, позволяющая жить, и работать трем-четырем миллиардам человек, получается с помощью солнечной энергии в процессе фотосинтеза в сельскохозяйственных растениях, которые или потребляются непосредственно человеком (растительная пища), или служат кормом сельскохозяйственным животным, поставляющим нам мясо, молоко, яйца, и т. п. Человек, как мускульная машина, работает с довольно большим КПД превращения энергии пищи путем ее «сжигания», но не пламенного (как в котлах или двигателях), а медленного беспламенного окисления в организме. Этот КПД достигает 30%, то есть величины того же порядка, что, и в двигателях внутреннего сгорания. КПД же превращения химической энергии непосредственно в мышечную работу достигает 70%, то есть почти в 1,5 раза больше, чем КПД лучших электростанций. Этому не следует удивляться, так, как энергетика организма совершенно отлична от промышленной, и в принципе позволяет производить превращения энергии со 100% КПД. Поразительным примером этого является превращение химической энергии в световую у светлячков.

     Подобные же медленные процессы сжигания можно осуществлять, и в химических системах, примером которых могут служить топливные элементы с близким к 100% КПД перехода химической энергии в электрическую. К сожалению, пока высокий КПД достигнут только в водород-кислородном элементе, хотя в будущем, вероятно, удастся заменить дорогостоящий водород углеводородами нефти.

     (Продолжение следует.)