Энергия будущего

О нем и шла раньше речь. Если пройти еще 200–300 метров, взору откроется постройка, на фронтоне которой эмблема — рука, держащая солнце. В ней и расположена одна из первых, наиболее крупных термоядерных установок с магнитными зеркалами — ОГРА, разработанная коллективом под руководством советского физика И. Головина. Каков же принцип ее устройства?

В прямой трубе (ее диаметр полтора метра, а длина около 10) создано продольное — постоянное во времени магнитное поле. Для разогрева плазмы в трубу-камеру с помощью специального устройства впрыскиваются ионы молекулярного водорода с энергией, которой соответствовала бы температура в камере около 900 миллионов градусов. Казалось бы, температура более чем достаточная! Однако плотность частиц в камере оказывается очень низкой — в 10 миллионов раз меньше, чем нужно, и столкновения частиц здесь происходят очень редко — термоядерная реакция не развивается.

Многое в этой установке, да и в ее модификации ОГРА-П не удовлетворяло ученых. Тем не менее они шаг за шагом двигались к пониманию тайн плазмы.

Создатели ОГРА, самой крупной в те времена установки, наперед знали, что на полный успех им рассчитывать не стоит. Но жизнь требовала строить и испытывать подобные установки, изучать свои ошибки и идти вперед. «Не делая этого, — писал И. Курчатов, — мы напоминали бы, пользуясь образным сравнением Гегеля, того софиста, который утверждал, что он не войдет в воду, пока не научится плавать».

Примерно таким же путем двигались американские и английские ученые, создавшие несколько установок с магнитными зеркалами — ДСХ, Алиса, Феникс. Несмотря на то, что до сих пор введено и исследовано несколько десятков установок подобного типа, еще не удается достигнуть нужных параметров плазмы. Сейчас ближе других к цели продвинулись установки типа Токамак.

Первые их успехи и международное признание пришли, пожалуй, в 1969 году. Тогда в Институт атомной энергии для совместной работы на советской установке Токамак-3 приехали английские ученые. Вот что писала о результатах этой работы парижская газета «Интернэйшнл геральд трибюн»:

«Английские ученые с помощью доставленного в Москву оборудования, весящего пять тонн, проверили сообщение советских специалистов, встреченное на Западе с недоверием, и установили, что русские недооценили свой успех в попытке обуздать „энергию водородной бомбы“. Они наглядно доказали, что советская установка, известная под названием „Токамак-3“, вырабатывает „нагретый газ“, или плазму, которая даже больше отвечает необходимым условиям, чем об этом сообщали русские…»

Чтобы познакомиться с такой установкой, пройдем дальше по территории института. Через несколько минут остановимся у здания с надписью: «Отделение физики плазмы». Рядом с ним большая электрическая подстанция, способная снабжать энергией солидное промышленное предприятие. Здесь она для Токамака.

Да! Сегодняшний физический (заметьте, только физический, а не промышленный и даже не опытно-промышленный) эксперимент по термоядерному синтезу требует для своего проведения больших и сложных установок и огромного количества энергии. Эксперименты стали масштабными и, к сожалению, дорогими.

Откроем дверь в зал: здесь расположена одна из самых современных мощных термоядерных установок — Токамак-10. С галереи зала хорошо видна ее основная часть: внушительный «бублик» диаметром 3 метра является вторичной обмоткой огромного трансформатора.

При пропускании тока через первичную обмотку трансформатора внутри бублика начинается разогрев плазмы. Кроме того, и бублик имеет свои обмотки, создающие в нем продольное магнитное поле.

Под Токамаком еще один зал, невидимый с галереи.

В нем различные вспомогательные системы и оборудование для регулирования и управления токами обмоток, а также вакуумные насосы… В соседнем зале пульты управления экспериментаторов и измерительные приборы. Сейчас основные эксперименты на Т-10, так в ИАЭ называют эту установку, закончены. Взамен нее на том же месте должна быть создана новая — Т-15, с более высокими параметрами плазмы.

Чего же достигли экспериментаторы и теоретики на установке Т-10? Насколько близко подошли они к заветной цели — управляемой термоядерной реакции?

Чем измерить степень этого приближения? Да и существует ли такой критерий, пользуясь которым можно было бы оценить, сколько еще осталось пройти до момента, когда будет продемонстрирована термоядерная реакция, дающая полезную энергию?

Конечно, в общем случае такого критерия, определяющего, насколько та или иная экспериментальная установка близка к промышленному реактору, в котором идет реакция синтеза, не существует, хотя критерий, носящий частный характер, есть. Он определяет, насколько параметры физических процессов, происходящих в установке, близки к тем, которых нужно достигнуть.

Вот как он формулируется: «Для того чтобы энергия, выделяемая в процессе термоядерной реакции, была больше, чем энергия, затраченная на инициирование этой реакции, необходимо, чтобы произведение плотности плазмы на время ее удержания было не меньшим, 1014».