В поисках чуда

Эдвард Теллер, «отец» американской водородной бомбы, заявил: доклад Курчатова имеет огромное значение и свидетельствует о высоком техническом уровне исследований, проводимых Советским Союзом.

«Я прилетел из Чикаго в Вашингтон, надеясь услышать отчет Теллера о нашей работе, — пишет американский физик Ральф Лэпп. — …Теллер не знал, что все присутствующие получили по экземпляру текста Курчатовского доклада. Слушая Теллера, мы испытывали не только разочарование, но и досаду из-за того, что человеку, находящемуся по ту сторону „железного занавеса“, пришлось поведать Западу об управляемой термоядерной реакции».

Да, Курчатов говорил о достижениях и перспективах термоядерной энергетики.

В огненном клубке плазмы, возникающем при термоядерном взрыве, протекают примерно те же процессы, что и в недрах Солнца. Чтобы «звездная» реакция началась, необходимы колоссальные температуры. Недаром детонатором взрыва служит атомная бомба.* Только в этих условиях легкие ядра, разгоняясь до сверхвысоких скоростей, преодолевают взаимное отталкивание и сливаются, высвобождая энергию. 40 миллионов градусов — вот сколько нужно для соединения дейтерия с тритием. Казалось бы, ни один материал, даже самый жаропрочный, не выдержит такого нагревания. Между тем проблема выворачивается наизнанку: опасаться за свое существование надо не столько термоядерной «печи», сколько самому горючему.

В газообразной и весьма «разжиженной» форме заполняет оно герметичную камеру, где царит глубокий вакуум: концентрация частиц там в миллионы раз ниже, чем в воздухе на уровне моря. Так что, если начнется термоядерный синтез, давление отнюдь не подскочит до миллионов атмосфер, как при взрыве водородной бомбы. Оно превысит нормальное всего раз в сто. Ну, а солнечные температуры?

Вы можете попробовать на ощупь десятки тысяч градусов без малейшего риска обжечься — прикоснитесь к газосветной лампе, скажем, к одной из тех, что заливают вечерние улицы огнями неоновых реклам: под стеклом трубки витают частички, которые раскалены именно до такой температуры! Имеется в виду их кинетическая температура, вернее, энергия, а по сути дела — скорость их суетливой беготни.

Намного более бешеная стремительность, соответствующая полумиллиарду градусов, нужна дейтронам, чтобы они при сближении смогли превозмочь взаимную неприязнь и слиться. Мы говорим «дейтронам», а не «дейтериевым атомам» потому, что перед нами плазма — нейтральная в целом смесь оголенных ядер и сорванных с них электронных оболочек. Что же касается энергии этих крупинок вещества, то ее не хватит даже на заметное нагревание их обиталища — до тех пор, пока не начнется термоядерный синтез.

Зато само плазменное облачко как огня боится окружающей его твердо% поверхности. При соприкосновении с нею оно тотчас охлаждается. Как не допустить столь опасную для него встречу со стенками?

В 1950 году академики А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм впервые предложили использовать для этого магнитное поле. Оно должно собрать ядра и электроны в густой рой посредине камеры и поддерживать его на весу до тех пор, пока не начнется реакция. Сетку силовых линий легко ввести внутрь полого кольца или цилиндра с помощью наружного электромагнита. А можно сделать иначе — перевести плазму на самообслуживание.

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.