В короб, заполненный белой, никогда не утрачивающей своей свежести корневой системой помидорного дерева, поступают только те вещества, которые растение может получить, но, как правило, не получает в природных условиях. Поэтому никаких скрытых опасностей или побочных эффектов для человека плоды деревьев, выросших на "хайпонике", не несут. Ну а по вкусу ничуть не уступают, а может, и превосходят лучшие томаты с рынка. Плоды помидорного дерева богаты растительным сахаром, витаминами, другими питательными веществами. У них красивый, истинно помидорный цвет и душистый аромат.
Любой огородник знает, сколько ухода требует обычный помидор. Сначала надо вырастить рассаду, потом пересадить ее на грядку, постоянно пропалывать, регулярно поливать. Окучивание, внесение удобрений, опыление ядохимикатами, защита от вредных насекомых, болезней, птиц - все это сложная, неподдающаяся полностью механизации, не говоря уже об автоматизации, работа.
"Хайпоника" избавляет человека от этих операций. Аппарат, контролирующий подачу смеси и ее состав, в общих чертах повторяет те автоматизированные системы управления, которые уже используются на крупных промышленных предприятиях. Непрерывная подача к корневой системе концентрированного питательного раствора, отсутствие внешних факторов, подавляющих в обычных условиях биохимические процессы,- все это резко усиливает процесс фотосинтеза в растениях, Они активно и быстро развиваются даже при недостаточной освещенности.
Инженеры "Киова" предлагают две "хайпоники" - вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная "хайпоника" дает возможность развивать растению свою крону вширь. В этом случае урожай примерно в два раза выше, чем при вертикальном методе выращивания. Но размер плодов неодинаков - чем дальше от ствола, тем меньше становятся плоды. Вкусовые качества тоже снижаются. При вертикальной "хайпонике" помидор вырастает до 5 метров. Преимущество этого способа в строгой однородности урожая и экономии места. Все помидорное дерево при вертикальном способе умещается на площади примерно в один квадратный метр. Поэтому на сравнительно небольшой площади может быть создан мощный овощной цех.
Широкое распространение "хайпоники" пока сдерживает система мелких фермерских хозяйств, характерная для Японии. Мелкому собственнику не под силу провести капитальные вложения, необходимые для открытия "хайпонного" производства. Уже существующие хозяйства не могут в полной мере показать превосходство новой технологии из-за ограниченных масштабов. Однако уже сейчас ясно, что "хайпоника" может найти широкое применение в засушливых районах земли, Антарктиде и даже на крышах городских кварталов. Для членов будущих длительных космических экспедиций она может стать источником обильной и вкусной пищи.
6. ГДЕ ВЗЯТЬ ТЕПЛО?
"Токамак":
проблемы и перспективы
Рассказывает академик Е. В е л и х о в.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС)
имеют более чем тридцатилетнюю историю. Начатые почти одновременно и совершенно независимо в СССР, США и Англии, они в течение нескольких лет проходили в условиях абсолютной секретности. В это же время в мире интенсивно велись работы, завершившиеся демонстрацией термоядерной реакции в форме неуправляемого разрушительного взрыва водородной бомбы. В отличие от этого исследования по УТС имели целью разработку способа получения энергии, выделяющейся при слиянии ядер легких элементов, в режиме с контролируемой мощностью. В случае успеха в руках человечества оказался бы источник энергии с огромными ресурсами топлива, распространенного повсеместно, в том числе в воде Мирового океана.
В 1956 году во время посещения английского научного центра в Харуэлле академик И. Курчатов по поручению Советского правительства впервые сообщил зарубежным коллегам о работах по УТС, ведущихся в СССР. Так по инициативе Советского Союза было положено начало широкому научному сотрудничеству ученых различных стран мира, направленному на овладение колоссальной энергией термоядерного синтеза в интересах мира, прогресса и благосостояния.
Наиболее доступной для практического использования является термоядерная реакция в смеси тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития. В результате слияния ядер этих элементов на единицу веса топлива выделяется примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании обычного органического топлива. Однако для зажигания такой смеси требуется нагреть ее до температуры "всего" около 100 миллионов градусов, при которой вещество может существовать только в виде плазмы. Поэтому, прежде чем перейти к практическому освоению управляемого термоядерного синтеза, ученым пришлось научиться получать в лабораторных условиях новый физический объект - высокотемпературную плазму, исследовать ее свойства и создать новую главу физики - науку о плазме, сегодня уже нашедшую многочисленные практические применения.
Существуют две принципиальные возможности осуществления управляемой термоядерной реакции: спокойное длительное горение термоядерного топлива в так называемых магнитных ловушках, в которых горячая плазма изолируется от контакта со стенками реактора с помощью магнитного поля /магнитное удержание плазмы/, и непрерывная серия микровзрывов твердых топливных таблеток, воспламеняемых с помощью мощных лазерных пучков, пучков заряженных частиц или при быстром сжатии магнитным полем, причем образовавшаяся плазма имеет возможность свободно разлетаться в пространстве инерционное удержание плазмы/.
В настоящее время наиболее близко к достижению условий осуществления управляемой термоядерной реакции подошли системы первого типа /системы с магнитным удержанием плазмы/, среди которых лидирующее положение занимает "Токамак", идея которого была выдвинута и практически осуществлена коллективом ученых Института атомной энергии имени И. В. Курчатова в Москве под руководством выдающихся советских физиков академиков Л. Арцимовича и М. Леонтовича.
"Токамак" представляет собой замкнутую в кольцо вакуумную камеру, помещенную внутрь тороидального соленоида. В камере в разреженном газе, как во вторичной обмотке обычного трансформатора, возбуждается электрический разряд с током, текущим вдоль ее оси. Создаваемое соленоидом магнитное поле изолирует плазму разряда от стенок камеры.
При соблюдении некоторых дополнительных условий для равновесия плазменного кольца плазма должна нагреваться текущим по ней током. Нагрев плазмы можно увеличить, вводя в нее интенсивные пучки быстрых атомов или высокочастотную мощность.
Понадобились многолетние усилия советских специалистов, пока наконец в 1968 году на "Токамаке" Т-3 удалось нагреть водородную плазму до температуры 10 миллионов градусов. В "Токамак" поверили во всем мире, и 70-е годы прошли под знаком его последовательных успехов. На использование систем типа "Токамак" были переориентированы национальные программы США, Японии, Франции, ФРГ, Англии и ряда других стран.
Сегодня в мире насчитывается более 70 действующих "Токамаков". В СССР завершается сооружение "Токамака" предреакторного масштаба Т-15, особенностью которого является сверхпроводящий тороидальный соленоид, прототип аналогичной системы термоядерного реактора.
Совместные усилия ученых многих стран привели к быстрому прогрессу в понимании физических процессов в "Токамаках". Температуру плазмы удалось поднять до 80 миллионов градусов. Показано, что потери из плазмы находятся на допустимом уровне. Накоплен большой инженерный опыт по проектированию и сооружению установок в целом и эксплуатации их отдельных систем. В целом до настоящего времени экспериментальные результаты, полученные на "Токамаках", не обнаружили принципиальных препятствий к созданию термоядерного реактора.
В 1978 году Советский Союз предложил Международному агентству по атомной энергии /МАГАТЭ/ объединить усилия стран, активно ведущих термоядерные исследования, в деле создания первого демонстрационного термоядерного реактора. Об этом говорил с трибуны специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН 31 мая 1978 года А. А. Громыко.
Инициатива СССР была поддержана правительствами США, Японии и ряда стран Западной Европы, входящих в Евроатом. Был создан объединенный коллектив ведущих специалистов этих стран для разработки проекта первого в мире термоядерного реактора, получившего название ИНТОР. В таком реакторе должны быть получены параметры плазмы и осуществлены плазмофизические режимы работы, близкие к соответствующим параметрам и режимам будущих энергетических реакторов. Он должен содержать все основные системы и узлы, присущие энергетическим реакторам, должна быть проверена работоспособность этих систем и узлов, исследована работоспособность первой стенки реактора при высоких циклических нейтронных нагрузках. ИНТОР должен продемонстрировать надежность производства электроэнергии и воспроизводства трития, а также дать опыт эксплуатации и дистанционного обслуживания термоядерного реактора.
На основе проведенного анализа специалисты Международной рабочей группы ИНТОРа показали, что накопленный экспериментальный и теоретический опыт позволяет разработать проект такого реактора "Токамака", базируясь в основном на современном уровне развития техники. В 1982 году был завершен эскизный проект ИНТОРа, после этого проводились работы по оптимизации основных технических решений реактора.
Проектные параметры ИНТОРа: объем плазмы более 200 кубических метров, длительность горения реакции 200 секунд, термоядерная мощность 620 мегаватт, электрическая мощность экспериментального электрического модуля 50 мегаватт, коэффициент воспроизводства трития 0,65. Стоимость такого реактора оценивается около 3 миллиардов долларов. В научных кругах, руководствующихся прежде всего здравым смыслом и принципом рациональности, идея ИНТОРа пользуется популярностью и поддержкой. Сложность технологии и высокая стоимость демонстрационного реактора при реализации проекта делают весьма выгодным не соперничество, а объединение усилий различных стран.
Лучом лазера
Ученые лаборатории квантовой радиофизики Физического института имени Лебедева АН СССР предложили идею лазерного управляемого термоядерного синтеза и получили приоритетные результаты в этой области. На крупнейшей в мире лазерной термоядерной установке "Дельфин" ведутся эксперименты по нагреву и сжатию плазмы для получения термоядерного синтеза. Результаты этих исследований находят широкое применение в разработке новых приборов, технологических процессов, в получении веществ с новыми свойствами в медицине, метрологии и в новейших методах обработки информации.
Термояд в молнии
Антенна детектора, установленная индийскими учеными у подножия Гималаев, во время грозы уловила излучение... нейтронов. Явление необычное, поскольку теоретически нейтроны высвобождаются либо при синтезе ядер дейтерия - дейтронов, либо во время слияния двух дейтронов при высокой плотности и температуре. Физики предположили, что условия для начала таких термоядерных реакций может создать и молния. В пользу их гипотезы свидетельствуют 124 грозовых разряда из 11 тысяч зарегистрированных. По расчетам, каждый из этих природных реакторов излучал в среднем по миллиарду нейтронов.
Есть ли будущее у угля!
Есть, и очень большое - утверждают ученые. В цивилизации третьего тысячелетия ему предстоит сыграть заметную роль, так как в мировых запасах горючих ископаемых на долю твердого топлива приходится 93 процента, на долю нефти и газа - всего 7 процентов. Общие геологические запасы углей в мире оцениваются сейчас в 14 300 миллиардов тонн. Максимальный удельный вес угля в мировом энергетическом балансе в нынешнем столетии был достигнут на рубеже двадцатых годов. Затем уголь постепенно стал вытесняться нефтью и природным газом. Перестройка структуры энергетического баланса проходила неодинаково в капиталистическом мире и в странах социалистического содружества. В государствах-членах СЭВ она не сопровождалась массовым закрытием шахт, резким снижением объема добычи угля. Угольная промышленность СССР, несмотря на разведку и освоение новых нефтегазовых месторождений, не только сохранила созданные производственные мощности, но и про должала их наращивать, хотя и мень шими темпами.
Разразившийся в семидесятых годах в капиталистическом мире нефтяной энергетический кризис стал стимулом к перестройке топливно-энергетического хозяйства мира. Добыча угля вновь стала быстро расти. За период с 1970 по 1983 год она увеличилась более чем на миллиард тонн и достигла 3933 миллионов тонн. По некоторым прогнозам, на рубеже третьего тысячелетия она может составить 5,8, а в 2020 году - 8,8 миллиарда тонн. Уже к началу следующего тысячелетия доля угля и нефти в мировом балансе станет примерно одинаковой.
Отечественная угольная промышленность в дальнейшем будет развиваться преимущественно за счет увеличения добычи угля открытым способом в восточных районах страны.
Этим способом намечено добывать в перспективе 56-60 процентов угля против 38 процентов в 1980 году.
Наиболее значительные и экономичные запасы, уже пригодные для открытой разработки, сосредоточены в пределах Канско-Ачинского бассейна.
Здесь находятся 24 крупных месторождения угля с мощностью пласта от 6 до 96 метров. Часть этих углей пойдет на тепловые электростанции, энергия которых будет передаваться в Западную Сибирь, на Урал и в европейскую часть страны. А другая часть станет сырьем для производства синтетического жидкого топлива. Для освоения этого вида переработки углей в нашей стране построена крупная экспериментальная установка.
Текучая драгоценность
Тревожный вопрос
Земная природа - хозяйка рачительная. Тысячи, миллионы лет крупинка к крупинке собирает свои богатства: россыпи драгоценных камней и металлов, залежи руды, угля, солей. Миллионами лет в глухих подземельях растут кристаллы, накапливаются пласты различных минералов, в толщах осадков скапливаются нефтяные залежи.
Нам еще не совсем ясно, как возникли нефтяные месторождения. Но нет сомнения, что они долго вызревали в недрах и сохранились только потому, что были изолированы на долгие сроки.
Современная техника ненасытно пожирает минеральные энергетические ресурсы, в первую очередь нефть, Горючего требуется все больше и больше. И вот уже возникла вполне реальная проблема: кладовые земной природы не бездонны; уничтожая горючие полезные ископаемые, мы рискуем лишиться их вовсе.
Об этом начали писать давно, по крайней мере с конца прошлого века.
Называли даже сроки, когда наступит всемирный энергетический кризис.
Подсчитывали известные запасы энергетических ресурсов, учитывали темпы роста их потребления и вычисляли, когда ресурсы будут исчерпаны. Получалось - через десятки лет. Время шло, проходили назначенные сроки, а горючих ископаемых становилось вроде бы даже больше. Почему? Потому что геологи открывали новые и новые крупные месторождения угля, нефти, газа.
Однако с середины нашего век! энергетические ресурсы стали использоваться с невиданной ранее интенсивностью. И вновь встает вопрос: надолго ли хватит? В особенности нефти, уникального природного продукта, очень сложного по структуре и происхож дению.
Глобальный оптимизм
В геологических науках оптимистичные прогнозы даются обычно с немалой осторожностью, с оговорками. И понятно: мы все еще не слишком хорошо ориентируемся в вечной тьме зекных недр. Тем удивительнее слышать положительные заключения специалистов, оценивающих перспективы открытия новых значительных по объему месторождений нефти и газа. Однако, когда в Москве на 27-м Международном геологическом конгрессе обсуждались актуальнейшие проблемы геологии, и среди них как одна из важнейших - о перспективах поисков нефти и газа, то, пожалуй, большинство крупнейших специалистов по этим вопросам высказывало вполне оптимистические взгляды. И, надо сказать, их мнение покоилось на солидном основании.
Задал тон такому, можно сказать, глобальному оптимизму видный американский ученый и предприниматель М. Хэлбути. Он постарался оценить географическое положение перспективных нефтегазоносных бассейнов мира. Представил соответствующие карты. Ориентировался прежде всего на открытия последнего десятилетия:
9 гигантских месторождений в Северном море, гигантские залежи нефти и газа на севере Аляски и у Ньюфаундленда и т. д. Согласно этим данным, перспективные площади охватывают около 77,6 миллиона квадратных километров, из них около трети приходится на окраины континентов (преимущественно шельфовые зоны морей). В арктической зоне, по мнению Хэлбути, будет совершено не менее половины будущих открытий нефтегазовых залежей.
"Я твердо убежден,- сказал Хэлбути,- что в будущем мы откроем в глобальном масштабе по крайней мере столько же нефти и значительно больше газа, чем открыто сегодня. Я полагаю также, что нас ограничивают только недостаток воображения, решительности и технология".