Если вы думаете, что золото с платиной являются самыми ценными металлами на планете, то вы ошибаетесь. По сравнению с некоторыми искусственно полученными металлами, стоимость золота можно сравнить со стоимостью ржавчины на старом куске кровельного железа. Вы можете представить себе цену в 27 000 000 долларов США за один грамм вещества? Именно столько стоит радиоактивный элемент Калифорний-252. Дороже только антиматерия, которая является самой дорогой субстанцией в мире (около 60 триллионов долларов за грамм антиводорода).

На сегодняшний день в мире накоплено всего 8 грамм Калифорния-252, а ежегодно производится не более 40 миллиграмм. И на планете есть только 2 места, где его регулярно производят: в Окриджской национальной лаборатории в США и … в Димитровграде, в Ульяновской области.

Хотите узнать, как появляется на свет почти самый дорогой материал в мире и для чего он нужен?

Фотографии и текст Алексея Мараховца

Димитровград

1. В 80 километрах от Ульяновска, на реке Черемшан, находится город Димитровград с населением около 100 000 человек. Его главное предприятие — Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР), который был создан в 1956 году по инициативе Курчатова. Изначально он был опытной станцией для испытаний ядерных реакторов, но в настоящее время спектр направлений деятельности значительно расширился. Сейчас в НИИАР испытывают различные материалы, чтобы определить, как они себя ведут в условиях продолжительного радиоактивного излучения, создают радионуклидные источники и препараты, которые применяют в медицине и исследованиях, решают технические вопросы экологически чистых технологий и просто ведут научную деятельность. В НИИАР работает около 3 500 сотрудников и 6 реакторов.

Светят, но не греют

2. Ни один из шести «нииаровских» реактора не используется как источник энергии и не отапливает город — тут вы не увидите гигантских установок на тысячи МВт. Главная задача этих «малышей» — создать максимальный по плотности поток нейтронов, которыми учёные института и бомбардируют различные мишени, создавая то, чего нет в природе. Реакторы НИИАР работают по схеме «10/10» — десять день работы и 10 день отдыха, профилактики и перегрузки топлива. При таком режиме просто невозможно использовать их для нагрева воды. Да и максимальная температура теплоносителя, получаемая на выходе — всего 98 С, воду быстро охлаждают в небольших градирнях и пускают по кругу.

Самый Мощный

3. Из 6 реакторов есть один, самый любимый учёными НИИАР. Он же и самый первый. Он же и Самый Мощный, что и дало ему имя — СМ. В 1961 году это был СМ-1, мощностью в 50 МВт, в 1965 после модернизации он стал СМ-2, в 1992 — СМ-3, эксплуатация которого рассчитана до 2017 года. Это уникальный реактор и в мире он один такой. Его уникальность — в очень высокой плотности потока нейтронов, который он способен создавать. Именно нейтроны и являются основной продукцией НИИАР. С помощью нейтронов можно решать много задач по исследованию материалов и созданию полезных изотопов. И даже воплощать в жизнь мечту средневековых алхимиков — превращать свинец в золото (теоретически).

Если не вдаваться в подробности, то процесс очень прост — берётся одно вещество и обстреливается со всех сторон нейтронами. Так, к примеру, из урана путём дробления его ядер нейтронами можно получить бо

США тратят на военные расходы больше, чем все десять идущих следом стран, вместе взятых: 600 миллиардов долларов в год. Это почти в десять раз больше, чем тратит на военные расходы Россия. Между тем совместный бюджет NASA и Национального научного фонда – всего 25 миллиардов долларов, или 4% от военного бюджета. Многие астрономы, астрофизики, инженеры и ученые всех мастей грезят увеличением бюджетов своих сфер.

Что, если бы мы на самом деле дотянулись до звезд? Что, если бы жили в эпоху, когда инвестиции в мирные исследования для блага человечества значительно превышали бы инвестиции в войну, оборону и военную технику? Если бы космические и научные бюджеты отдельно взятых стран достигли 600 миллиардов долларов, послужной список человечества значительно бы увеличился. Вот пять возможных прорывов, которые могла бы осуществить наука, если бы получила военный бюджет всего на один год.

Окончательный энергетический прорыв: реактор ядерного синтеза с чистой энергией

Хотя для достижения ядерного синтеза существует много разных методов, наиболее перспективным направлением является магнитный конфайнмент (удержание). Международный консорциум ИТЭР начал строительство еще в эпоху Рейгана — Горбачева, и в 2019 году, когда общий объем инвестиций достиг 20 миллиардов евро, он будет полностью завершен. Понадобится еще десять лет, чтобы осуществить успешное зажигание плазмы, и в 2030-х годах мы должны преодолеть точку невозврата, синтезируя вместе дейтерий и тритий.

Тем не менее во многих отношениях единственное, что препятствует проникновению энергии синтеза в наш мир, – это авансовые инвестиции с невероятно долгосрочной отдачей. Взяв американский военный бюджет всего на один год, ученые могли бы не только достичь ядерного синтеза, но и научились бы его масштабировать и произвели бы революцию в сфере энергетики на Земле. Это конечный святой Грааль для энергии, и величайшим препятствием для его успеха является не физика, а нехватка инвестиций.

Марс и его тонкая атмосфера. Фотографию сделал орбитальный аппарат «Викинг» в 1970-х годах. При всех трудностях проживания на Красной планете, успешную человеческую колонию можно было бы построить всего за 50 миллиардов долларов.

Минимум четыре отдельных колонии на Марсе

Люди на Марсе? Единственное, что нас останавливает, — это финансирование, которого нет с 1990-х годов. Благодаря устойчивым инвестициям в размере 50-150 миллиардов долларов за 10 лет, мы могли бы приземлиться на поверхности Марса, высадив экипаж, который смог бы остаться на планете на 6-18 месяцев перед возвращением. Мы могли бы создать четыре отдельных независимых колонии на другой планете за 600 миллиардов долларов. Единственная причина, почему мы не сделали этого прежде, — это финансирование.

Два работника устанавливают фотовольтаический массив на крыше. Небольшая 2-киловаттная установка может быть коммерчески доступна сегодня за 5000 долларов

2000-ваттная система солнечных батарей в каждом доме

Есть много прорывных технологий, которые можно было бы совместить с солнечной энергией, от прозрачных окон до черепицы и сайдинга. Но самой дешевой и эффективной солнечной установкой по-прежнему остается солнечная панель. Системы, которые вырабатывают приблизительно 2000 ватт, сейчас стоят дешевле 5000 долларов и предоставляют порядка 175-375 кВт в месяц. Если взять 125 миллионов домов в отдельно взятой стране, за 600 миллиардов долларов можно было бы поставить систему солнечных батарей в каждый дом.

Это не решило бы наши энергетические потребности, но значительно снизило бы нагрузку на электрическую сеть и сократило бы использование ископаемого топлива. К тому же эффект был бы мгновенным.

Гипотетический новый ускоритель, либо длинный линейный, либо окружающий Землю, мог бы затмить энергии БАК. Но никаких гарантий, что мы найдем что-то новое, нет

Ускоритель частиц на всю страну, в 40 раз мощнее БАК

Думаете, БАК — это круто? На нем были достигнуты протон-протонные столкновения с энергией в 14 ТэВ в 27-километровом туннеле под землей, и обошлось это примерно в 10 миллиардов долларов. Что можно было бы построить, если бы денег было в шестьдесят раз больше? Верьте или нет, есть только два свободных параметра, которые определяют, насколько мощным может быть кольцевой ускоритель протонов: сила электромагнитов, которые ими управляют, и окружность вашего кольца.

За 600 миллиардов долларов мы могли бы построить туннель длиной в 1000 километров и достигнуть протон-протонных столкновений на энергиях свыше 500 ТэВ. Если наши электромагнитные технологии также будут улучшаться, мы могли бы преодолеть барьер в 1 ПэВ (1 ПэВ = 1000 ТэВ). Следующим шагом будет гигантский «Фермитрон», впервые представленный Энрико Ферми, ускоритель частиц с окружностью через всю Землю. Если БАК найдет что-нибудь за пределами бозона Хиггса, это станет явным сигналом к исследованию новых энергетических границ.

«Супер-Хаббл», в 100 раз мощнее предыдущего

Космический телескоп Хаббла стал революционной обсерваторией и во многом остается капитаном в области астрономии и астрофизики. Но будучи диаметром в 2,4 метра, он уже достиг своего максимального разрешения. По сути, чтобы увидеть объекты в десять раз тусклее, ему нужно наблюдать их в 100 раз дольше. Но если мы построим космический телескоп в 10 раз больше, с 24-метровой тарелкой, его разрешение не только будет в 10 раз выше – за 2 часа наблюдений он увидит все, что Хаббл видит за неделю.

Космический телескоп Джеймса Вебба с его сегментированным дизайном, солнцезащитным козырьком и автоматизированной роботизированной технологией может стать доказательством концепции такой миссии, однако ограничивающим фактором остается финансирование. Чтобы получить размер, качество изображения и возможности запуска и обслуживания, необходимые для создания такого монстра, потребуются большие инвестиции. За 600 миллиардов долларов мы могли бы дойти до диаметра 30-40 метров, но «в 100 раз мощнее Хаббла» – это консервативная оценка. Технологии, которые мы могли бы создать за эти деньги, могли бы произвести революцию, сравнимую с программой «Аполлон».

Конечно, мы могли бы осуществить прорывы по всем этим направлениям и за сумму, меньшую, чем 600 миллиардов долларов. ИТЭР все еще строится – и на него уйдет в общей сложности 40 миллиардов долларов. Одна-единственная миссия экипажа на Марс обошлась бы в 50 миллиардов долларов, включая массовое развертывание инфраструктуры на поверхности Марса. 2-киловаттные солнечные инсталляции на крыше уже доступны за 5000 долларов, но с каждым годом падают в цене. «Небольшие» суперколлайдеры оцениваются в диапазоне 20-40 миллиардов долларов и смогут достигать энергий, которые БАК и не снились. LUVOIR, самый амбициозный проект космического телескопа из предлагаемых, в 40 раз мощнее Хаббла, обойдется в 15 миллиардов долларов.

Затраты на достижение наших научных мечтаний воистину высоки астрономически, но выигрыш будет еще выше. Всего за одно поколение инвестиции такого масштаба в науку и технику могли бы преобразовать наш мир так, как никогда прежде. Всего за год и 600 миллиардов долларов можно было бы осуществить прорыв в научных исследованиях на следующие 25 лет.