Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Как же поймать плазму?

Воду горного потока можно замедлить и накопить, если выкопать в каком-то месте русла котлован. Подобный метод годится и для ручья плазмы. Только «котлован» здесь придется построить из... магнитного поля.

Когда электрически заряженная частица влетает в магнитное поле, она начинает двигаться не прямо, а по дуге окружности. Такое поле не замедляет и не ускоряет частицу, а лишь искривляет ее путь. «Завернув» в магнитном поле, частица затем вылетает из него и преспокойно продолжает свой прямой путь. Выходит, магнитное поле не захватывает частицу, а лишь отталкивает ее в сторону.

Теперь вообразите, что после того как частица попала в магнитное поле, мы притормозим ее полет. Энергия движения частицы уменьшится. Поле станет круче заворачивать ее, заставляя описывать спиральную траекторию. Спиральным сделается путь частицы и в том случае, если после влета ее в магнитное поле мы усилим это поле. Наконец, тот же эффект получается, когда заряженные частицы, попавшие в магнитное поле, каким-либо способом разбиваются на осколки. Как более легкие, осколки будут двигаться с меньшей энергией и тоже начнут описывать спиральные траектории.

В однородном магнитном поле с прямыми силовыми линиями пойманные таким образом частицы задержатся ненадолго. Двигаясь по путям, похожим на винтовые линии, они не соберутся в сгусток и быстро выберутся наружу. Значит, для захвата плазмы прямое поле не подходит.

Как же поступить?

Надо искривить поле.

Представьте себе, что с помощью обмоток, по которым течет постоянный ток, мы возбудили цилиндрическое магнитное поле, резко усиленное на концах. Структура его силовых линий напоминает волокна луковицы.

Получилось то, что физики называют «магнитной ловушкой». Это и есть «котлован» для накопления плазмы. Области же усиленного поля принято именовать «пробками».

Вот в таком «сосуде» захваченную плазму ненадолго задержать и собрать в сгусток уже удастся. Плененные частицы станут плясать в ней, отражаясь от стенок и пробок. Из упорядоченного движение частиц сделается хаотическим. Температура сгустка поднимется. Правда, через пробки плазма все-таки будет «вытекать» наружу. Но тем не менее ее можно даже успеть дополнительно нагреть. Каким способом?

Если усилить поле ловушки и протолкнуть внутрь одну из пробок, то плазма сожмется и нагреется, будто воздух под поршнем велосипедного насоса. Можно и растрясти плазму высокочастотным электромагнитным полем. Это тоже разогреет ее.

О поимке и разогреве плазмы путем раздробления (диссоциации) ее частиц в магнитной ловушке стоит сказать немного подробнее. Для этого способа годятся ионы молекул водорода, каждый из которых представляет собой пару связанных атомов (лишенных электрона). Молекулярные ионы надо сначала сильно разогнать в специальном ускорителе, а затем впрыснуть в ловушку. Там они будут сталкиваться с частицами холодной плазмы, заранее созданной в ловушке, с нейтральными атомами, друг с другом. И, когда из-за столкновений молекулярные ионы развалятся на части, оказавшись в магнитном плену, когда энергичное движение ускоренного потока частиц преобразуется в их беспорядочную толчею, температура плазмы поднимется поистине сказочно высоко. Как показывают расчеты, таким способом плазму можно раскалить до сотен миллионов, даже до миллиарда градусов!

Справедливости ради заметим, что здесь миллиард градусов — не так уж много. Его еле хватит на возбуждение самоподдерживающегося ядерного синтеза в смеси тяжелого водорода со сверхтяжелым. Чистый тяжелый водород в ловушке и при такой температуре не «загорится». Оказывается, из-за ухода частиц через пробки температура поджога незатухающей термоядерной реакции в магнитной ловушке гораздо выше, чем в надежно запертой плазме. Значит, надо стремиться крепче «закупорить» ловушку, что и пытаются сделать физики. Упомянем и о другой особенности подобных устройств: чем крупнее ловушка, тем легче в ней разваливаются и захватываются в магнитный плен впрыснутые молекулярные ионы. Отсюда вывод: размеры ловушки должны быть возможно большими.

Самая крупная из магнитных ловушек Института атомной энергии Академии наук получила имя «Огра». Построена она под научным руководством лауреата Ленинской премии И. Н, Головина. Макет этого замечательного инженерного сооружения вызвал законное восхищение ученых, собравшихся в сентябре 1958 года в Женеве.

«Огра» — широкая стальная труба (внутренним диаметром 1,4 метра), вокруг которой устроены, обмотки магнитной ловушки.

Расстояние между пробками ловушки может быть доведено до 12 метров. Для впрыскивания в камеру ускоренных ионов молекул водорода устроен особый инжектор. Перед экспериментом в камере создается глубочайший вакуум—давление меньше миллиардной доли атмосферного. Для этого служит система специальных насосов. Об огромном «аппетите» установки говорит хотя бы то, что одна обмотка ее потребляет до четырех тысяч киловатт электроэнергии! Целая энергоподстанция обслуживает этот громадный физический прибор.

Сооружение «Огры», в котором участвовало содружество многих коллективов ученых и инженеров, завершено летом 1958 года. Сообщалось, что после наладки установка будет использована для широких экспериментов, направленных все к той же великой дели — к поискам методов возбуждения мирных термоядерных реакций.

Работа предстоит колоссальная. Еще до постройки «Огры» теоретики предсказали немало «подводных камней» на пути грядущих исследований. Но трудности не пугают физиков, твердо уверенных в конечной победе. Настало время, когда движение вперед в проблеме искусственного солнца возможно лишь с помощью мощнейших экспериментальных средств, на основе опытов фантастической сложности и точности.

Другой дороги нет.

«Не делая этого, — пишет И. В. Курчатов, — мы напоминали бы того софиста, который утверждал, что не войдет в воду, пока не научится плавать».