Токамаки - лидер в решении проблемы управляемого синтеза

25 марта 1951 г. Президент Аргентины Хуан Перон сделал заявление об успешном "контролируемом высво­бождении атомной энергии при сверхвысокой темпера­туре в миллионы градусов без использования уранового топлива" в экспериментах немецкого физика Рональда Рихтера, работавшего в специально созданной секретной лаборатории на острове Хьюэмелл в Аргентине [6]. Узнав от Д.В. Ефремова о заявлении президента X. Перона, И.В. Курчатов немедленно позвонил Л.П. Берии, и тот срочно созвал совещание для обсуждения организацион­ных вопросов и ранее подготовленного проекта Поста­новления Правительства. Руководителем эксперимен­тальных исследований по УТС был предложен Л.А. Арцимович (который, не отрываясь от работы по вводу завода для электромагнитного разделения изо­топов, одну треть своего рабочего времени должен был заниматься новой задачей управляемого термоядерного синтеза). Руководителем теоретических работ по реко­мендации И.Е. Тамма был намечен М.А. Леонтович.

Рис. 3. Схематический вид установки токамак: 1 — индуктор, первичная обмотка трансформатора, 2 — катушки тороидального магнитного поля, 3 — лайнер — вакуумная камера, 4 — катушки полоидального магнитного поля, 5 — медный кожух, б — железный сердечник.

Разработанное в деталях Постановление Правитель­ства, обязывающее руководителей ряда предприятий удовлетворять запросы исследователей УТС, было под­писано И.В. Сталиным уже 5 мая 1951 г. В октябре 1951 г. А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм подготовили свои проекты развития исследований по УТС. Параметры "оптимального" МТР Сахарова (расчет основан на цилиндрической модели) были таковы: большой и малый радиусы плазменного тора соста­вляли соответственно R = 12 м, а = 2 м; В = 50 кГс, np= 1014 см", Т = 100 кэВ, РDD = 880000 кВт [4].

Согласно расчетам, в день можно было бы произво­дить на такой установке до 100 г трития или в 80 раз больше U233. При этом Сахаров отмечает, что энергети­ческая ценность U233 , который может сжигаться в про­стых реакторах, значительно превышает выделение тепла в самом термоядерном реакторе.Из этих замеча­ний А.Д. Сахарова ясно, что именно возможность производства зарядов для термоядерных и атомных бомб была определяющей при принятии решения о развитии УТС в то время.

Рис.4

Михаил Александрович Леонтович Лев Андреевич Арцимович Игорь Николаевич Головин

Следует отметить еще раз, что при расчетах реактора не учитывалась кривизна тора. Между тем тороидаль­ный ток, предложенный Сахаровым для компенсации тороидального дрейфа частиц, вносит принципиальные изменения в физику удержания тороидальной плазмы. Одно из них - необходимость учета в теории транс­портных явлений особенности дрейфовых траекторий заряженных частиц при наличии азимутальной компо­ненты магнитного поля (будущая "неоклассика" А.А. Галеева и Р.З. Сагдеева!) - было отмечено уже в статье И.Е. Тамма.

От идеи к ее осуществлению

Рассмотрение замкнутых тороидальных систем высве­тило проблему тороидального дрейфа заряженных частиц. Как отмечалось выше, для замыкания дрейфо­вых траекторий заряженных частиц внутри камеры (в то время использовался термин "стабилизация тороидаль­ного дрейфа") А.Д. Сахаров предложил два метода:

1) Добавить полоидальное магнитное поле, создавае­мое внутренним кольцом с током, поддерживаемым тросами или горизонтальным магнитным полем;

2) Возбуждать высокочастотный ток в самой плазме. Вторая возможность была более реалистичной и транс­формировалась в эксперименты с одноимпульсными разрядами, питаемыми конденсаторными батареями.

В Курчатовском институте необходимость введения тороидального тока привела к предложению отказаться от тороидального магнитного поля вообще. И главные усилия вначале были сконцентрированы на пинчах, в которых, в соответствии с соотношением Беннета температура плазмы должна возрастать пропорционально квадрату тока, Т ~ I2! Казалось, что этот путь сулил быстрое решение проблемы. Только небольшая группа во главе с И.Н. Головиным и Н.А. Явлинским продолжала вести исследования в русле идей Сахарова и Тамма.

Тем временем экспериментаторы "штурмовали" прямые разряды, но без видимых успехов. Казалось, что улучше­ние вакуумных условий, надлежащее изменение сценария подготовки разряда и т. п. должны привести к успеху. Наконец, 4 июля 1952 г. в группе Н.В. Филиппова заработали счетчики: получены нейтроны из дейтериевой плазмы пинча! Возникла надежда, что при соответствую­щем выборе программы эксперимента можно посте­пенно увеличить температуру плазмы. Однако требова­ние Л.А. Арцимовича проверить все очень тщательно остановило эйфорию. А скоро наступило глубокое разочарование: из-за неустойчивости пинча темпера­тура не росла с увеличением тока. Позже программа исследования пинчей претерпела изменения. Короткоимпульсные разряды, формируемые далеко от стенок за счет специальной формы камеры, дали начало программе исследования плазменного фокуса под руководством Н.В. Филиппова.

Другие статьи по теме

Расчет технико-экономических показателей энергохозяйства цеха
Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и мех ...

Статистическая обработка экспериментальных данных
Измерения — один из важнейших путей познания природы человеком. Они играют огромную роль в современном обществе. Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, гд ...