Лазер приобщили к алхимии

За проблему трансмутации (превращения элементов) взялись специалисты-лазерщики. С помощью лазерного импульса им удалось превратить изотоп с периодом полураспада 15.7 млн. лет в более легкий изотоп с периодом полураспада всего 25 мин.

Превращение элементов или трансмутация - задача, которую пытались решить еще средневековые алхимики. Свидетельства успеха тех попыток сохранились в художественных произведениях. Однако, как учит жизнь, никакая проблема не умирает навсегда. Правда, прежние "трансмутаторы", прежде всего, стремились получить золото, полагая, что остальные проблемы после этого как-нибудь решатся. Сегодня мы понимаем, что не все так просто.

Основная проблема человечества - энергетическая - в ближайшие десятилетия не может быть решена без использования ядерной энергетики, а она, в свою очередь, сама сталкивается с серьезнейшей проблемой - накоплением и утилизацией отходов, которые остаются радиоактивными в течение миллионов лет. Один из предлагаемых подходов к проблеме включает бомбардировку отходов нейтронами, чтобы ускорить распад долгоживущих изотопов в изотопы с малыми периодами полураспада. Недавно физики из Великобритании и Германии продемонстрировали новый, "лазерный" подход к "трансмутации", превратив йод 129, имеющий период полураспада 15.7 млн. лет, в йод 128. Последний имеет период полураспада 25 мин.

Подобное сообщение не может не вызвать естественного скепсиса у людей, не знакомых с последними результатами в области разработки и применения сверхмощных лазеров. А результаты здесь впечатляют. Согласно новым данным, при плотностях мощности лазерного излучения на мишени порядка 1018 Вт/см2 (которые были получены еще в середине 90-х) электроны разгоняются электрическим полем световой волны до релятивистских скоростей, так что их масса увеличивается по сравнению с массой покоя на три порядка! При таких ускорительных возможностях ничего таинственного или сверхъестественного в "трансмутации под действием света" уже не остается.

Как научное направление, "лазерная ядерная физика" возникла в 1999 году, когда Кен Лединхэм (Ken Ledingham, University of Strathclyde) из Глазго с сотрудниками и независимая команда из Национальной Лаборатории Лоурэнс Ливермор (Lawrence Livermore National Laboratory) впервые наблюдали индуцированный лазерным излучением распад урана и ряд других ядерных реакций. За год до этого другая группа из Университета Фридриха Шиллера (Friedrich Schiller University) в Йене (Германия) смогла обнаружить деление урана 238и тория 232, используя гораздо менее мощный лазер "настольного класса". Группа в Йене также наблюдала трансмутацию йода 129 на своей установке. Кен Лединхэм и его коллеги освещали тонкую золотую мишень импульсом суперлазера VULCAN, построенного в Лаборатории Резерфорда в Оксфорде (Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire).

Сконцентрированный лазерный луч ионизировал золотую мишень до состояния плазменного облака и разгонял электроны плазмы до релятивистcких энергий. Разогнанные электроны выбивали из золотой мишени вторичные гамма-лучи, а уже гамма-кванты, в свою очередь, выбивали нейтроны из йода 129, помещенного за золотой мишенью, и превращали его в йод 128. По оценке авторов работы, каждый лазерный импульс позволял получить около трех миллионов ядер йода 128. "Впервые показано, - заявил Лединхэм - что мы можем осуществлять трансмутацию изотопов с помощью лазеров. Осталось развить наши методы до масштабов, сравнимых с количеством ожидаемых ядерных отходов в будущем. Ведь, лазерная трансмутация - относительно недорогой и достаточно эффективный метод утилизации ядерных отходов".

Трудно предсказать, насколько полезным может оказаться предложенный способ утилизации радиоактивных отходов. Более реальной представляется попытка с помощью лазерных технологий управлять цепочками ядерных превращений и более эффективно получать дорогостоящие изотопы, например, необходимые в медицине. Не исключено, что эти результаты также помогут осмыслению результатов исследований по так называемому "холодному термоядерному синтезу".