Воспоминания

Я начал думать, как я уже писал, об этом круге вопросов еще в 1949 году, но без каких-либо разумных конкретных идей. Летом 1950 года на объект пришло присланное из секретариата Берии письмо с предложением молодого моряка Тихоокеанского флота Олега Лаврентьева. В вводной части автор писал о важности проблемы управляемой термоядерной реакции для энергетики будущего. Далее излагалось само предложение. Автор предлагал осуществить высокотемпературную дейтериевую плазму с помощью системы электростатической термоизоляции. Конкретно предлагалась система из двух (или трех) металлических сеток, окружающих реакторный объем. На сетки должна была подаваться разница потенциалов в несколько десятков Кэв, так чтобы задерживался вылет ионов дейтерия или (в случае трех сеток) в одном из зазоров задерживался вылет ионов, а в другом — электронов. В своем отзыве я написал, что выдвигаемая автором идея управляемой термоядерной реакции является очень важной. Автор поднял проблему колоссального значения, это свидетельствует о том, что он является очень инициативным и творческим человеком, заслуживающим всяческой поддержки и помощи. По существу конкретной схемы Лаврентьева я написал, что она представляется мне неосуществимой, так как в ней не исключен прямой контакт горячей плазмы с сетками и это неизбежно приведет к огромному отводу тепла и тем самым к невозможности осуществления таким способом температур, достаточных для протекания термоядерных реакций. Вероятно, следовало также написать, что, возможно, идея автора окажется плодотворной в сочетании с какими-то другими идеями, но у меня не было никаких мыслей по этому поводу, и я этой фразы не написал. Во время чтения письма и писания отзыва у меня возникли первые, неясные еще мысли о магнитной термоизоляции. Принципиальное отличие магнитного поля от электрического заключается в том, что его силовые линии могут быть замкнутыми (или образовывать замкнутые магнитные поверхности) вне материальных тел, тем самым может быть в принципе решена «проблема контакта». Замкнутые магнитные силовые линии возникают, в частности, во внутреннем объеме тороида при пропускании тока через тороидальную обмотку, расположенную на его поверхности (рис. 6). Именно такую систему я и решил рассмотреть.

^{\Рис. 6\}

В начале августа 1950 года из Москвы вернулся Игорь Евгеньевич — кажется, ему был предоставлен кратковременный отпуск. Он с огромным интересом отнесся к моим размышлениям — все дальнейшее развитие идеи магнитной термоизоляции осуществлялось нами совместно. Вклад И. Е. был особенно велик во всех расчетах и оценках и в рассмотрении основных физических концепций — магнитного дрейфа, магнитных поверхностей и некоторых других. Первоначально я предложил назвать нашу тему ТТР (тороидальный термоядерный реактор), но И. Е. придумал более общее и удачное название МТР (магнитный термоядерный реактор); это название привилось, оно применяется и к другим схемам с магнитной термоизоляцией.

^{\Рис. 7\}

Первая (еще не самая серьезная) трудность, на которую мы обратили внимание, была проблема магнитного дрейфа. Общая картина движения заряженной частицы (иона или электрона) в сильном магнитном поле — спираль, «навитая» на магнитную силовую линию. Радиус витков спирали обратно пропорционален магнитному полю и называется «ларморовским радиусом». Таким образом, двигаясь вдоль силовой линии, частица не выходит из реакторного объема и не соприкасается со стенками, если сами силовые линии не выходят к стенкам. Это и есть принцип магнитной термоизоляции. Но приведенная картина справедлива лишь приближенно, с точностью до параметра, определяемого отношением ларморовского радиуса к радиусу кривизны магнитной силовой линии. Из-за неоднородности магнитного поля в общем случае возникает смещение центра ларморовской окружности, уводящее его с магнитной силовой линии («магнитный дрейф»). Кроме того, возможен дрейф, вызванный электрическими полями («электрический дрейф»). Происхождение явления дрейфа легко понять — см. рис. 7; на этом рисунке предположено, что магнитное поле перпендикулярно плоскости чертежа, а напряженность возрастает в направлении оси X. Кривизна траектории движения заряженной частицы пропорциональна величине магнитного поля и больше в точке В, чем в точке А; в результате траектория частицы (точней, ее проекция на плоскость, перпендикулярную вектору магнитного поля) оказывается незамкнутой, что изображено на рисунке (дрейф в направлении оси Y). Аналогично действует направленное вдоль оси X электрическое поле. Магнитное поле, созданное тороидальной обмоткой (в отсутствие плазмы) внутри тороида, совпадает с полем прямого тока, текущего вдоль оси вращения; его напряженность обратно пропорциональна расстоянию до оси вращения. В результате возникает дрейф (смещение) заряженных частиц в направлении, параллельном оси вращения, и они попадают на стенку тороидального объема.

^{\Рис. 8\}