Сахаровский сборник

"В настоящее время перспективы представляются лучшими, чем когда-либо прежде; несколько лет назад русские экспериментаторы изобрели установку, называемую "токамак"… Эта установка сравнительно успешно была воспроизведена в США", — писал в 1976 году Ганс А. Бете (3).

"Наиболее остроумным и многообещающим способом был так называемый "токамак", предложенный в СССР", — П.Л. Капица, Нобелевская лекция 1978 года (4).

Весьма полная картина современного состояния проблемы управляемого термоядерного синтеза дана заместителем директора отдела термоядерных исследований Департамента энергии США Дж. Ф. Кларком в обзоре, написанном в декабре 1979 года для журнала "Физика плазмы" (5). Приведу некоторые выдержки из этого обзора:

"Последние результаты экспериментов, выполненных в США, СССР, Европе и Японии, показывают, что "токамак", один из возможных подходов в синтезе, может удерживать термоядерную плазму, необходимую для создания энергии, достаточно хорошо."

"Не существует фундаментальных технических препятствий для практического производства энергии управляемого термоядерного синтеза на основе научного успеха "токамаков".

"Мы одобряем совместное планирование исследований на крупнейших "токамаках" мира, строящихся в настоящее время: Т-15 в СССР, JT-60 в Японии, JET в Европе и TFTR в США. Эти усилия должны подготовить фундамент для следующего шага — перевода термоядерной программы на стадию инженерных разработок. Возможно, это произойдет в начале 1981 года."

Сахаров занимался также принципиально иным, альтернативным методу магнитной изоляции и удержания плазмы, направлением исследований, связанных с использованием лазера. В своей краткой автобиографии А.Д. Сахаров пишет: "В 1961 году я предложил для тех же целей (получения управляемой термоядерной реакции — Б.А.) нагрев дейтерия лучом импульсного лазера". ("Сахаров о себе", Нью-Йорк,1974). Эта идея возникла независимо в разных странах и сейчас интенсивно разрабатывается как в СССР, так и за рубежом.

Поясним несколько подробнее физическую сущность и значение управляемого термоядерного синтеза.

При слиянии двух ядер дейтерия или ядер дейтерия и трития образуются изотопы гелия и быстрые нейтроны. Положительный выход энергии обусловлен уменьшением общей массы покоя реагирующих частиц — в соответствии со знаменитым соотношением Эйнштейна E=mc². Для слияния ядер необходимо, чтобы они сблизились до расстояния действия ядерных сил, но этому препятствует электростатическое отталкивание, для преодоления которого требуется достаточно большая кинетическая энергия теплового движения ядер. Таким образом, для осуществления термоядерной реакции нужна начальная температура зажигания. В водородной бомбе в качестве запала применяется атомная бомба. В случае управляемого термоядерного синтеза необходимый начальный разогрев можно в принципе получить путем создания в дейтериевой или дейтерий-тритиевой плазме мощных электрических разрядов. При этом главная проблема — удержать эту "молнию" в течение времени (несколько секунд), необходимого для разогрева плазмы до температуры зажигания термоядерной реакции. Необходимо также, чтобы энергия, выделяемая при синтезе ядер, была больше энергии, затрачиваемой на нагревание плазмы: только в этом случае можно сказать, что "дрова разгорелись".

Никакие стенки из вещества для удержания плазмы не годятся, так как при столь высокой температуре они сразу же превратятся в пар. Единственно возможным является метод удержания горячей плазмы в ограниченном объеме с помощью очень сильных магнитных полей. Плазма — это газ электрически заряженных частиц, траектория движения которых под действием магнитного поля искривляется. Выбором определенной конфигурации внешнего магнитного поля, с учетом "Пинча" (самосжатия плазменного шнура собственным магнитным полем), можно надеяться предотвратить разлет плазмы на стенки. Главная возникающая трудность — неустойчивость плазменного шнура. Есть и другие трудности, как, например, разрушение стенок реактора нейтральными атомами, которые всегда в небольшом количестве присутствуют в плазме и которые, очевидно, магнитным полем не удерживаются. Вместе с тем возникающие проблемы скорее технологического, а не принципиального характера.

В качестве долговременных можно использовать три источника энергии: солнечную, атомную и термоядерную. Недостаток Солнца — низкая плотность энергии. Проблемы АЭС — необходимость захоронения радиоактивных отходов, а главное — опасность неконтролируемого распространения в мире атомного оружия. Термоядерный синтез значительно безопаснее и в отношении "шлаков", и в отношении "атомных террористов". Миллионы тонн дейтерия содержатся в водах Мирового океана. Свободного трития в природе практически нет, но его можно воспроизводить в самих термоядерных реакторах из лития (при взаимодействии нейтронов с ядрами лития образуются гелий и тритий). Таким образом, единственный недостаток управляемой термоядерной реакции в том, что она до сих пор не осуществлена.