Репортаж из XXI века

Действительно, ведь плазма состоит из заряженных частиц, и можно создать такое замкнутое электромагнитное поле, сквозь которое частицы плазмы уже не смогут прорваться.

Представьте трубу, которая под очень малым давлением наполнена тяжелым водородом — дейтерием. Пропустим сквозь дейтерий вдоль оси трубы электрический заряд. Он не только раскаляет водород до состояния горячей плазмы, но и заставляет плазму сжаться, собирает ее к оси разрядной трубы в плотно стиснутый «шнур». Ведь при прохождении тока вокруг него возникает концентрическое электромагнитное поле. Оно-то и сжимает дейтерий в «шнур», отодвигает его от стенок трубы к ее центральной оси.

Нужно пропустить через плазму как можно более мощный электрический разряд за возможно более короткий промежуток времени. Тогда брошенные к оси цилиндра ядра водорода получат такой разгон, что смогут сблизиться, преодолеть силы взаимного отталкивания и слиться, вступить в термоядерную реакцию. До этого мы только тратим энергию, а с момента начала реакции будем получать ее. Сейчас уже ставятся опыты, в которых импульсный ток нарастает с очень большой скоростью— 10 миллиардов и даже 100 миллиардов ампер в секунду. Мы наблюдаем излучение нейтронов, которые служат признаком приближения термоядерной реакции.

Надо увеличить силу и быстроту импульсного разряда, чтобы продвинуться дальше в область сверхвысоких температур.

Но тут возникают новые трудности.

Первая и самая главная — неустойчивость плазменного «шнура». Колоссальная теплопроводность и малая теплоемкость плазмы приводят к мгновенному падению температуры, стоит только «шнуру» коснуться стенки цилиндра. Здесь страшен уже не разгон реакции, как в урановом котле, а, наоборот — ее затухание. Затухание это происходит мгновенно, в миллионные доли секунды, и не поддается пока управлению.

Можно и постепенно наращивать величину тока.

Установка, в которой ток нарастает медленно, должна иметь вид не цилиндра, а бублика. Трубу согнули в кольцо. Теоретическое исследование такого «бублика» было широко развернуто в Институте атомной энергии под руководством академика М. А. Леонтовича.

Все шло хорошо до тех пор, пока от этих установок не потребовалась работа на полную мощность. В действие вступили новые факторы, которые нельзя было полностью предвидеть и учесть. Выяснилось, что даже тогда, когда плазменный «шнур», казалось бы, должен быть полностью изолирован от стенок, энергия из плазмы уходит. Потери ее настолько велики, что поднять температуру плазмы до того уровня, который нужен для хода термоядерной реакции, не удается. И мы не знаем точно пока тех лазеек, в которые ускользает энергия. Но, безусловно, и эта загадка будет решена.

Можно представить себе и принципиально иное устройство в качестве сосуда для сохранения высокотемпературной плазмы. Не такое, в которое мы помещаем холодную плазму, а затем ее нагреваем, как воду в самоваре, а нечто вроде термоса, в который мы «наливаем» горячую плазму и который обладает столь высокой теплоизоляцией, что не позволяет ей остывать. Конечно, стенки и такого «термоса» должны состоять из электромагнитного поля.

Такие «термосы» существуют. Их называют магнитными ловушками.

В отличие от других устройств магнитные ловушки удерживают плазму в основном электромагнитными полями, созданными внешними соленоидами. Внутренние токи плазмы не играют тут решающей роли.

Нагревать плазму можно, «впрыскивая» в ловушку быстрые ионы из мощного ускорителя. Можно сделать и по-другому: наполнить ловушку плазмой, а уже затем нагревать плазму динамическими магнитными полями или же током высокой частоты. Наконец, можно получать быстрые ионы и внутри ловушки, ускоряя собственные ионы плазмы постоянным или переменным электрическим полем.

Разработкой такой магнитной ловушки занимались многие советские физики. В 1950 году академик А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм предложили первую конкретную модель магнитного термоядерного реактора, в котором предполагалось ионизировать и нагревать разреженный дейтерий. На внешнюю поверхность камеры-«бублика» навивается проволочная катушка, которая создает внутри нее сильное продольное магнитное поле.

Среди разных типов ловушек интересны ловушки с так называемыми магнитными пробками. Впервые их теоретическое исследование начал в 1953 году советский физик Г. П. Будкер. Возьмите пучок гибких ивовых прутьев и сильно стяните проволокой их концы. Перед вами — грубая схема ловушки с магнитными пробками. Вместо прутьев у нее силовые линии магнитного поля, а вместо проволоки на концах пучка — мощные магнитные связки, или, как говорят, пробки. Частицы заперты в центральной, несколько расширенной части пучка и непрерывно мечутся в пространстве между двумя пробками, отскакивая от «стенок». Но и тут частицы плазмы не удается закрыть наглухо. Как только какая-нибудь из них, столкнувшись с другой, начинает двигаться точно вдоль магнитых силовых линий, магнитные пробки не в состоянии удержать ее, и она уходит из ловушки.