Лев Бобров - В поисках чуда (с илл.)

Вот проволочки, расположенные рядом, взаимно параллельно, как гитарные струны. Если пропустить через них ток в одном направлении, они потянутся друг к другу. Их обоюдное влечение порождено нимбом электромагнитного поля, окутывающим каждую из них этакой незримой муфтой. А если ток пройдет через газовую смесь? Скажем, в виде мощного разряда — в десятки тысяч ампер? Разумеется, кратковременного, в миллионные доли секунды: иначе просто не выдержит аппаратура. Тогда отдельные «волоконца» искусственной «молнии» будут стремиться сойтись, увлекая за собой заряженные частицы — те самые, что во время пробоя образовались из нейтральных атомов. Сжимаясь в тонкий длинный жгут, плазма разогреется до сверхвысоких температур (это явление получило в английском языке название пинч-эффекта).

Теорию быстрых линейных пинчей создали в 1953 году академик М. А. Леонтович и С. М. Осовец, а впоследствии независимо от них американский ученый М. Розенблют. Советские физики впервые обратили внимание на огромную роль, которую играет полностью ионизированная токопроводящая оболочка газового столба (скин-эффект — от английского «шкура»). Мгновенно сужаясь, она порождает цилиндрическую ударную волну, направленную внутрь, к собственной оси. Распространяясь по радиусу со скоростью свыше 100 километров в секунду, этот необычный взрыв превращает нейтральную газовую сердцевину шнура в высокотемпературную плазму.

В своих опытах над самосжимающимся разрядом ученые впервые столкнулись с явлением плазменной неустойчивости. Электрические струйки искусственной «молнии», не обладая жесткостью, вихлялись и тем самым способствовали быстрому разрушению осевого ядерно-электронного сгустка. Нужно было сделать эфемерное облачко плазмы более стабильным.

Советский физик Г. И. Будкер, ныне академик, возглавляющий Институт ядерной физики в новосибирском Академгородке, высказал, а потом (в 1953 году) обосновал идею «магнитной бутылки». По такому принципу действует знаменитая «Огра» («объемный газовый разряд») — самая большая в мире ловушка подобного типа, пущенная в 1958 году. Она рассчитывалась и строилась под научным руководством И. Н. Головина. Это установка цилиндрической формы поперечником 1,4 метра, а в длину — целых 20. Здесь магнитное поле создано неподвижным соленоидом, намотанным снаружи на трубу. Таким образом, силовые линии, удерживающие плазму, не «гуляют», они как бы закреплены в пространстве жесткой сеткой. Поле внутри вакуумной камеры напоминает бутыль, у которой на месте донца второе горлышко. «Пробки» тоже магнитные — они создаются парой катушек с током, расположенных по обоим торцам цилиндра.

Применяются не только цилиндрические камеры, но и изогнутые — скажем, наподобие восьмерки («Стелларатор»). Или в виде бублика (английские «Зета» и «Скептр»); советская «Альфа», сконструированная по образцу «Зеты»; семья оригинальных советских установок («Токамак»).

«Если рассматривать результаты исследований, выполненных на установках „Зета“, „Скептр“, „Альфа“ и других, с точки зрения тех перспектив, которые они открывают для решения задачи об управляемом термоядерном синтезе, то эти перспективы будут иметь весьма пессимистическую окраску», — говорил академик Л. А. Арцимович. Зато дальнейшая работа с системами типа «Токамак», по его словам, «имеет серьезные перспективы».

Несмотря на все ухищрения, плазма увертывается от магнитной упряжи, отлынивает от мирной работы.

Но, обнажая с каждым разом все новые черточки своего норовистого характера, она тем самым подсказывает ученым и инженерам, как им лучше идти на следующий приступ.

Несколько лет назад в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова в отделе плазменных исследований, которым руководит Л. А. Арцимович, закончилось строительство установки ПР-5. В нее заложен оригинальный принцип комбинированного поля.

До сих пор испытывались ловушки двух типов — либо с выпуклыми магнитными «стенками» («бутылка с пробками»), либо с вогнутыми («раструбы фанфар»), У каждой из них свои преимущества. Но и свои недостатки. Больное место первой — магнитные объятия слабеют от середины, от оси камеры к ее краям. Плазма всплывает изнутри наружу, как керосин, налитый под воду. У второй ловушки наоборот — магнитные стенки от центра к периферии становятся все плотнее и плотнее. Но в том месте, где «фанфары» соприкасаются, зияет кольцевая щель. Плавные изгибы раструбов обусловлены взаимным отталкиванием встречных полей. Граница вражды становится лазейкой для плазменного сгустка.

А если совместить «бутылку» с «фанфарами»?

Советские физики Ю. Т. Байбородов, Р. И. Соболев и В. М. Петров под руководством кандидата физико-математических наук М. С. Иоффе построили такую гибридную ловушку.

О результатах проведенной на ней работы председатель Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР А. М. Петросьянц отзывался так: «В 1962 году на установке ПР-5 удалось подавить гидромагнитную неустойчивость и получить плазму с температурой 40 миллионов градусов и плотностью 10 10частиц/см 3. Она устойчиво удерживалась в ловушке в течение сотых долей секунды, то есть в тысячи раз дольше, чем удавалось получить ранее при этой температуре и плотности. Этот результат явился одним из крупных достижений на пути изучения плазмы. Однако этого еще недостаточно для овладения термоядерной энергией: необходимо научиться подавлять другие типы неустойчивостей, получать более плотную и горячую плазму».

Да, более плотную, ибо концентрация составила 10 миллиардов частиц на кубический сантиметр, а нужно в миллион раз, больше. И более горячую: температура в 40 миллионов градусов примерно в 10 раз ниже заветного предела (для дейтериевой плазмы). Наконец, срок, в течение которого плазма должна удерживаться при этих условиях, чуть ли не в сто раз дольше — порядка секунды.

Никто не возьмется указать срок, когда даст ток первая термоядерная электростанция. Но никто не усомнится в том, что на этом пути сделан новый важный шаг, пожалуй, самый значительный за последние годы.

В 1965 году академик Андрей Николаевич Колмогоров и его молодой сотрудник Владимир Арнольд были удостоены Ленинской премии за решение математической проблемы, которая имеет прямое отношение к физике вообще и к ядерной в частности. Речь идет об устойчивости замкнутых механических систем типа солнечной. Метод исследования, разработанный Колмогоровым и Арнольдом, позволил доказать: да, вполне возможно создание термоядерной ловушки, где облачко плазмы, изолированной от стенок, будет удерживаться длительное время.