Мечта алхимиков – превращение обычных металлов в золото – на протяжении веков оставалась недостижимой фантазией. Однако в современном научном мире идея создания золота из другого элемента перестала быть чистой фантастикой и начала восприниматься как потенциально возможно реализуемая задача, хотя и крайне сложная. Недавние заявления одной калифорнийской стартап-компании Marathon Fusion о возможности превращения ртути в золото с помощью технологии ядерного синтеза вновь подняли интерес к вопросу трансмутации элементов. Но насколько серьёзны эти заявления и чего следует ожидать в обозримом будущем? Попробуем разобраться в научной основе, текущем состоянии технологий и сложностях, связанных с подобным процессом. Основы ядерной трансмутации и современное состояние науки Трансмутация – превращение одного химического элемента в другой путём изменения числа протонов в ядре атома – является фундаментальным понятием в ядерной физике.
Для этого необходимы процессы, способные менять состав ядра – например, с помощью бомбардировки его частицами с достаточной энергией или посредством радиоактивного распада. Современные ускорители частиц и коллайдеры, как, например, Великий адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе, регулярно сталкивают ядра на крайне высоких энергиях – при этом возможна даже кратковременная генерация атомов золота. Однако количество произведенного в подобных экспериментах золота ничтожно мало: например, проект Alice в ЦЕРНе за четыре года работы получил всего 29 пикограмм золота. Для сравнения, чтобы получить унцию (около 31 грамма) золота в таком темпе, потребовались бы миллиарды раз больше времени, чем возраст Вселенной. На этом фоне идея Marathon Fusion выделяется – они предлагают использовать не ускорители частиц, а эффект ядерного синтеза, в частности нейтронное облучение излучением высокоэнергетических нейтронов для превращения одного из изотопов ртути (Hg-198) в нестабильный изотоп Hg-197, который затем распадается в стабильный изотоп золота (Au-197).
Механизм реакций и требования к технологии Главный секрет проекта заключается в использовании так называемой ядерной реакции захвата нейтрона: когда ядро Hg-198 захватывает нейтрон с энергией более 6 МэВ (миллионов электронвольт), оно превращается в Hg-197. Этот радиоактивный изотоп затем распадается с выделением частиц, превращаясь в стабильный Au-197. Для реализации такого процесса необходим высокоинтенсивный поток нейтронов с соответствующей энергией – условие, которое, по словам специалистов, может обеспечиваться в реакторах на принципах термоядерного синтеза, где ядра тяжелого водорода (дейтерий и тритий) объединяются, выделяя огромное количество энергии и высокоэнергетичных нейтронов. Преимущество такой методики в потенциально высоком выходе золота: компания оценивает, что реактор мощностью в один гигаватт по тепловой энергии может за год работы произвести несколько тонн золота. Это на порядок выше любого известного экспериментального происхождения золота в лабораторных условиях.
Сложности и ограничения современных исследований Несмотря на кажущуюся революционность подхода, на сегодняшний день подобный процесс реализуется лишь в виде компьютерной симуляции – так называемого цифрового двойника, который моделирует физические процессы в термоядерном реакторе и взаимодействие нейтронов с ртутью. Настоящих коммерчески работающих термоядерных установок в мире пока не существует, и все оценки основаны на предположениях и виртуальных данных. Кроме того, сам процесс термоядерного синтеза пока остаётся в стадии экспериментальных исследований. Хотя проекты вроде JET (Объединённый Европейский Тор) и ITER набирают обороты, они пока способны производить лишь ограниченное количество энергии и сложны в эксплуатации. В Великобритании разрабатываются компактные реакторы нового типа, такие как сферический токамат STEP, которые рассчитывают вывести на уровень коммерческого использования к 2040 году.
Однако даже при успешной реализации этих технологий остаётся масса технических и научных проблем – создание новых материалов, управление горящей плазмой и автоматизация процессов. Отдельным вызовом является обращение с радиоактивными продуктами процесса. Золото, получаемое в результате распада Hg-197, первое время будет оставаться радиоактивным. Это значит, что продукт необходимо будет выдерживать до снижения активности, либо подвергать специальной обработке, прежде чем его можно будет использовать или продавать. Какие-то методы переработки такого золота в чистое и безопасное сырьё пока не отработаны.
Экономическая составляющая и перспективы Теоретическая возможность получить золото в крупных количествах стимулирует интерес инвесторов и экспертов. Однако экономическая эффективность процесса пока вызывает серьёзные сомнения. Стоимость строительства и эксплуатации термоядерного реактора крайне велика, и неизбежные затраты на управление радиационной безопасностью и переработку продуктов могут нивелировать потенциальные доходы от продажи золота. Для того чтобы технология стала коммерчески оправданной, необходимы прорывы в области снижения стоимости реакторов, повышения эффективности синтеза и оптимизации процессов обращения с радиоактивными материалами. Кроме того, пока отсутствуют реальные прототипы, способные демонстрировать заявленную производительность, все расчёты носят предварительный и гипотетический характер.
Будущее технологии и влияние на рынок Если технологические препятствия будут преодолены, возможность получать золото из ртути в реакторах ядерного синтеза может радикально изменить экономику добычи драгоценных металлов, а также повлиять на мировой рынок золота. Это может привести к снижению цен на металл, изменению геополитических балансов и стандартизации новых источников производства. Однако при всех этих перспективах нельзя забывать о проблемах безопасности, этических вопросах и окружающей среде. Управление радиоактивностью, предотвращение аварий и правильная утилизация отработанных материалов станут необходимыми условиями для долгосрочного развития отрасли. Выводы Трансмутация ртути в золото с помощью ядерного синтеза – технически возможный процесс, который впервые получил реальное научное обоснование с привязкой к конкретным реакциям и технологиям.
