Джин в магнитной бутылке

Эта глава о том, как ученые, подобно искусным мастерам, ткали невидимый узор ажурного магнитного платья, даже скорее не платья а смирительной рубахи из магнитных полей для непокорной и своенравной плазмы, об установках под неуверенными именами, о твистующих полях, пинчах, "сосисочной" неустойчивости и бубликах, превращенных в восьмерки.

Джин в магнитной бутылке

От солнечных протуберанцев
дрожат арктические сполохи, 
хрипят и замолкают рации, 
дуреют стрелки и подсолнухи. 
Летят циклоны и бураны, 
врываясь молнией в экраны. 
Как сельдь, 
лиловая и синяя, 
трясется плазма в изолиниях. 
О стенки "Огры" бьется бурно, 
трещит, магнитом опечатана. 
Она - костер Джордано Бруно 
и сердце Бора и Курчатова. 
Она трепещет, словно кречет 
в людьми расставленном силке, 
и что-то важное лепечет 
на незнакомом языке.

"Термояд".

Е. Парнов

Предлагаю построить памятник начальнику. Тому начальнику, который сквозь пальцы смотрел на то, что при его внезапном появлении в конторе один из служащих прятал какую-то постороннюю работу в дальний ящик письменного стола и, придвинув к себе то, чем он должен был бы заниматься на службе, начинал изображать усиленную деятельность. Фамилия этого начальника в анналах науки не сохранилась. Зато фамилия нерадивого работника известна сейчас каждому. Это был Эйнштейн. Открытия Альберта Эйнштейна повлияли не только на научный уровень двадцатого века и его материальное благосостояние, но и в значительной мере определили на много лет вперед политику некоторых государств.

Эйнштейн в большей мере "ответствен" за то, что двадцатый век стал атомным веком и атомная энергия из абстрактного символа превратилась в ревущие грибы атомных взрывов и осязаемые громады мирных атомных станций. Реакцию деления урана можно считать хорошо освоенной, и уже сейчас, всего через десять лет после пуска первой в мире атомной электростанции в Обнинске, в печати проскальзывают сообщения о том, что стоимость атомной электроэнергии начинает быть ниже стоимости электроэнергии обычных станций. Казалось бы, дело обстоит благополучно. Запасов радиоактивных элементов, способных к делению, на земле хватит на много лет. Однако человечество уже изучает возможность осуществления атомных реакций другого типа - реакций синтеза.

Почему человечество не угомонилось? Зачем оно ищет себе работу, если им уже найден прекрасный источник электроэнергии?

Оставляя в стороне извечное любопытство человечества, которое заставляло и будет заставлять его заниматься научными исследованиями, можно назвать две причины:

Во-первых, запасы энергии урана и тория - способных к делению элементов - не безграничны. В то же время воды - топлива для реакции синтеза на земле сколько угодно. Академик И. Е. Тамм писал, что из дейтерия, содержащегося в 1 литре воды, можно получить столько же энергии, сколько из 350 литров бензина. Таким образом, с энергетической точки зрения четыре земных океана равноценны 1400 океанам бензина. Даже при стократном увеличении потребления энергии такого запаса хватит человечеству на миллиарды лет.

Во-вторых, и это очень важно, отходы обычных атомных электростанций радиоактивны. Если бы, например, вся электроэнергия Соединенных Штатов вырабатывалась на атомных электростанциях, то радиоактивность отходов составляла бы колоссальную цифру и была бы эквивалентна радиоактивности двухсот тысяч взорванных атомных бомб. В 2000 году радиоактивность отходов была бы эквивалентна взрыву восьми миллионов атомных бомб в год. В отличие от этого реакции синтеза, или, как их называют, термоядерные реакции, являются "чистыми" в отношении радиоактивного заражения.

Однако овладеть областью управляемых (именно управляемых - ведь водородная бомба, в которой осуществляется термоядерный синтез,- пример неуправляемой реакции) термоядерных реакций оказалось гораздо сложнее, чем это предполагалось вначале. Даже Игорь Васильевич Курчатов, человек, тонко чувствовавший наступающие открытия и говоривший всем вместо приветствия: "Открытия есть? Достижения есть?", быть может был осторожен меньше обычного, назвав вторую половину двадцатого века "веком управляемой термоядерной реакции".

Одной из серьезных трудностей, стоящих перед физиками, является "вытекание" плазмы из "магнитных бутылок", в которых ее содержат. Однако перед тем как к этому перейти, поясним вкратце, что это за "магнитные бутылки" и зачем они нужны.

В конечном итоге управляемая термоядерная реакция должна дать человеку электроэнергию, которая обладает тем преимуществом, что с большой эффективностью и легкостью может быть превращена в любые другие виды энергии.

Итак, электроэнергия. Ее можно получить при прирученном термоядерном взрыве за счет кинетической энергии раскаленных газов, за счет энергии световой вспышки и тепловой энергии управляемой реакции.

Для реакции необходимо, чтобы ядра сталкивающихся атомов дейтерия или трития обладали такой большой энергией, что могли бы, преодолев электростатические силы отталкивания, столкнуться и вступить во взаимодействие друг с другом. Это возможно лишь в том случае, когда газ нагрет до температуры в несколько миллионов или миллиардов градусов. При такой температуре вещества могут существовать лишь в форме сильно ионизированного газа или плазмы. Но какой сосуд выдержит столь высокую температуру? Только прикоснувшись к стенкам, плазма, нагретая до миллионов градусов, или охладится до такой температуры, при которой реакция станет невозможной, или же испарит стенку, как испарили стальную башню и песок при термоядерном взрыве на Бикини. Никакой материал не может выдержать таких высоких температур, и поэтому вопрос "В чем держать плазму?" в 50-х годах встал на повестку дня.

Физики Советского Союза, Соединенных Штатов и Англии - государств, являвшихся в то время "атомной тройкой", отделенные друг от друга высокими барьерами секретности, примерно в одно время начали работать над этой проблемой. Когда впоследствии, по инициативе Советского правительства, барьеры секретности были сняты, выяснилось, что физики трех разных стран пришли к одному выводу: единственной "одеждой", которая не дает плазме охладиться, будет магнитное поле. Невидимое, неосязаемое, оно упругой паутиной своих силовых линий будет держать плазму подальше от стенок, которые она могла бы испепелить. Плазму нужно одеть в невидимую одежду. Совсем как в "Новом платье короля" у Андерсена.

Идея магнитной термоизоляции плазмы основана на известном свойстве электрически заряженных частиц, движущихся в магнитном поле, искривлять свою траекторию и двигаться по опирали вдоль силовых линий поля. Это искривление траектории в неоднородном магнитном поле приводит к тому, что частица выталкивается в область, где магнитное поле более слабое. Задача состоит в том, чтобы плазму со всех сторон окружало более сильное поле. Эта задача с переменным успехом решается во многих лабораториях мира.

Почему "с переменным успехом"? Дело в том, что, как шутят физики, "пока преодолевается один вид неустойчивости плазмы, открывают три других". Однако, по-видимому, никакой сакраментальности в этом нет. "Не существует доказательств универсальной нестабильности плазмы, заключенной в магнитном поле",- считает академик Л. А. Арцимович. И ученые продолжают усилия, кропотливо, шаг за шагом медленно и методически борются, как с лорнейской многоголовой гидрой, с различными открытыми раньше и совсем недавно неустойчивостями.

Принцип удержания плазмы магнитным полем. Заряженные частицы двигаются в магнитном поле по спирали, как бы навивающейся на магнитные силовые линии

Выталкивание частиц (плазма, как мы уже говорили, представляет собой множество заряженных частиц - положительно заряженные атомы, лишенные своих отрицательных электронных оболочек, и отдельно - отрицательные электронные оболочки без атомов) в область, где магнитное поле более слабое, играло и продолжает играть злые шутки с физиками. Из-за этого выталкивания оказались сравнительно малоэффективными первые термоядерные устройства, основанные на "пинч-эффекте".

Поясним, что это означает. Если в плазме есть какое-то упорядоченное движение заряженных частиц в одну сторону, то это означает, что плазма представляет собой гибкий шнур с электрическим током, так как, по определению, электрический ток - это и есть упорядоченное движение заряженных частиц.

Каждый ток создает вокруг себя магнитное поле, силовые линии которого опоясывают провод, по которому этот ток проходит. Одним из важных свойств силовых линий является присущее им стремление идти по кратчайшему пути, их упругость, максвеллово натяжение, приводящее к тому, что силовые линии стремятся сжать опоясываемый ими проводник с током. В случае нормальных медных проводов упругость силовых линий не может привести к уменьшению диаметра провода, поскольку кристаллическая решетка твердых тел является мощным "скелетом", деформировать который довольно трудно. Если же ток течет по плазменному шнуру, то упругость силовых линий, охватывающих этот шнур, приводит к тому, что шнур уменьшается в сечении и отходит от стенок камеры. Это явление, получившее название "пинч-эффекта", казалось бы, полностью решает задачу магнитной термоизоляции плазмы. Можно подумать, что стоит "организовать" в плазме ток, как она сама отойдет от его стенок и сожмется в тонкий шнур в середине сосуда.

Однако здесь начинает действовать свойство заряженных частиц и, следовательно, плазмы в целом выталкиваться в область с более слабым полем, туда, где меньше силовых линий, где они расположены не так густо. Это свойство приводит к тому, что малейшая неидеальность - изгиб или местное сужение плазменного шнура - в конце концов ведет к аварийному процессу. Пусть, например, в шнуре образовался в силу каких-либо случайных обстоятельств небольшой изгиб. На выпуклой части изогнутого шнура силовые линии магнитного поля становятся более редкими, а на вогнутой - более густыми. Плазменный шнур начинает выталкиваться из той области, где силовые линии расположены гуще, наружу. Это приводит к тому, что изгиб плазменного шнура начинает увеличиваться и плазма в конце концов попадает на стенки камеры. Это происходит точно таким же образом, как в сжатой длинной пружине, которая, как известно, неустойчива к поперечным деформациям.

Точно так же местное сужение плазменного шнура приводит в конце концов к его еще большему сужению (так называемой "сосисочной" неустойчивости плазмы), а впоследствии - к разрыву.

Бороться с этими явлениями можно с помощью магнитного поля. Если вдоль плазменного шнура проходят силовые линии магнитного поля, создаваемого каким-то посторонним источником, то упругость этих линий будет приводить к тому, что любой изгиб, случайно возникший у шнура, так же как и случайное сужение шнура, будет стремиться рассосаться. Происходит примерно то же самое, что и в том случае, если внутри пружины пропустить растянутые упругие жгуты.

Для того чтобы это происходило более эффективно, необходимо создать в плазме очень сильное продольное магнитное поле.

Другим эффективным способом преодоления изгибов плазменного шнура, особенно изгибов с большим радиусом, может служить использование для этой цели более или менее массивного металлического кожуха, сосуда, в котором содержится плазма. Между кожухом и плазменным шнуром проходит какой-то магнитный поток, то есть существует магнитное поле с его условными силовыми линиями. Если плазменный шнур сместится со своего прежнего положения, магнитное поле между ним и кожухом исказится, деформируется. В одном месте силовые линии будут сдавлены, в другом - растянуты. Если опять для наглядности придать магнитным силовым линиям свойство упругости, то станет ясно, что плазменный шнур будет возвращаться полем в прежнее положение в центре камеры.

Стабилизация плазмы продольным полем становится особенно эффективной в том случае, если удается сделать так, чтобы продольное поле существовало бы лишь в плазме, а вне ее, то есть в пространстве между стенками камеры и шнуром, отсутствовало. Это можно сделать в том случае, если сжимающийся при прохождении сильного тока плазменный шнур увлекает с собой все силовые линии продольного поля, созданного в полном объеме камеры. Отрываясь от стенок камеры, плазменный шнур захватывает с собой все магнитные силовые линии, ранее существовавшие в камере, создавая, таким образом, между стенками камеры и шнуром "магнитный вакуум" в отношении продольного поля.

Все эти идеи начали практически испытываться лишь в 50-х годах. Правда и раньше, в конце войны, насколько можно судить, проводились секретные эксперименты по магнитному удержанию плазмы. Эти эксперименты были направлены на военные цели и руководили ими в Америке Энрико Ферми и Эдвард Теллер, создатели первых американских атомных бомб.

Интенсивные работы по управляемому термоядерному синтезу начались, как уже говорилось, почти одновременно в Советском Союзе, Соединенных Штатах и Англии. Первые установки представляли собой стеклянные, фарфоровые или кварцевые тороидальные камеры (впоследствии камеры чаще всего делались из тонкой нержавеющей немагнитной стали), внутри которых размещались рабочие камеры с медными толстыми стенками, иногда называемые лайнерами. На камере наматывается обмотка, создающая продольное стабилизирующее магнитное поле напряженностью примерно 500 эрстед. Внутренняя тороидальная камера заполняется газом. Этот кольцевой газовый виток является вторичной обмоткой трансформатора. Первичная обмотка, питающаяся от мощной конденсаторной батареи,- это внешний металлический кожух камеры. Для улучшения магнитной связи внутри тора установлен железный сердечник. Иногда в качестве первичной обмотки трансформатора используется обычная медная обмотка.

В одной из первых установок "Зета" трансформатор состоит из двух отдельных сердечников, имеющих круглые внутренние отверстия, через которые проходит разрядная камера. Сердечники с внутренним диаметром 1,5 метра и внешним диаметром 3 метра намотаны ленточной трансформаторной сталью.

Если на первичную обмотку такого трансформатора дать мощный импульс тока от конденсаторной батареи, то во вторичном газовом витке также возникнет электрический ток. Этот ток, проходя по газу, разогревает его до высокой температуры, превращая в плазму. Плазменный шнур под влиянием тока сжимается и отрывается от стенок.

Сходные конструкции имели и другие первые экспериментальные установки, основанные на "пинч-эффекте",- "Скептр", "Альфа", "Пихэпстрон" (что можно дословно перевести как "а вдруг? - трон")^*. На них были проведены обширные эксперименты, результаты которых были, однако, необнадеживающими. Оказалось, что стабилизирующее продольное поле вопреки первоначальным прогнозам слишком мало для того, чтобы сделать плазменный шнур устойчивым к разного рода случайным возмущениям. Продольное магнитное поле по отношению к собственному полю плазмы было слишком мало. Упругие жгуты внутри пружины оказались слишком слабыми, чтобы удерживать ее от аварийных изгибов...

^* (На Зальцбургской конференции ученых-термоядерщиков в 1961 году было доложено о таком большом количестве установок с "пинч-эффектом", особенно основанных на так называемом "тета-пинче" ("сцилла" и т. д.), что академик Л. А. Арцимович шутливо заметил: "Скоро мы приблизимся к осуществлению лозунга: каждая домашняя хозяйка должна иметь свой собственный "тета-пинч".)

Для того чтобы обойти эту трудность, необходимо было резко увеличить продольное поле и ослабить собственное поле шнуpa. Эта задача была решена на установках типа "Токамак". Для создания сильного продольного поля в этой системе были использованы мощные катушки, выдерживающие давление магнитного поля в 100 атмосфер. Эти громадные соленоиды приходилось питать с помощью мощных импульсных генераторов (такого типа, которые используются для возбуждения синхротронов ). Хотя магнитное поле, создаваемое такими системами, является импульсным (продолжительность импульса примерно одна пятая доля секунды), оно в сотни раз превосходит по длительности время разряда и для него является практически постоянным.

Продольное магнитное поле установок типа "Токамак" достигает 35 000 эрстед, оно в сотни раз больше, чем поле установок типа "Зета" и "Альфа".

А как не допустить уменьшения радиуса шнура при "пинч-эффекте"? Ведь при уменьшении радиуса возрастет собственное поле шнура и те преимущества, которые достигнуты применением мощного продольного поля, будут сведены к нулю. Однако если поле шнура будет мало, то шнур будет слишком широким. Он будет касаться стенок камеры и охлаждаться. Для преодоления этого противоречия конструкторы "Токамаков" решили установить в тороидальной камере диафрагмы с небольшими по сравнению с диаметром камеры отверстиями. Эксперименты показали, что эта конструкция обеспечивает образование шнура с сечением, ограниченным размерами отверстий диафрагмы. В установке "Токамак-3", пущенной в Институте атомной энергии имени Курчатова в 1962 году, отверстие диафрагмы имеет диаметр 20 сантиметров, диаметр поперечного сечения лайнера составляет 40 сантиметров, а диаметр внешнего кожуха - 50 сантиметров. Диаметр тора (хорошее представление о том, что такое тор, дает обычный бублик) - два метра. Продольное магнитное поле напряженностью до 40 000 эрстед создается восемью катушками с внешним диаметром около 1 метра. Каждая катушка - это монолит из 352 медных витков, запеченных в эпоксидной смоле. Питание катушек производится от ударного генератора мощностью около 75 000 киловатт. В 1964 году пущена усовершенствованная установка "Токамак-5", в которой осуществлено автоматическое управление положением плазменного шнура внутри камеры.

Результаты экспериментов серии "Токамак" очень обнадеживающи, и подобные системы, по-видимому, будут широко применяться в дальнейших исследованиях.

Хорошие результаты получены и на установке типа "Левитрон", построенной в Ливерморской лаборатории под руководством профессора Колгейта. Идея этого устройства была высказана А. Д. Сахаровым в 1951 году и состоит в том, что плазма, сжимаемая собственным полем, испытывает еще дополнительное сжимающее действие магнитного поля специального проводника расположенного в центре плазменного шнура (и, конечно, изолированного от плазмы). В "Левитроне" плазменный шнур имеет в сечении форму кольца и обладает высокой устойчивостью. Вместе с тем необходимость изолировать стабилизирующий кольцевой проводник от плазмы и закрепить его в центре камеры уменьшают шансы этой системы на широкое практическое использование.

Совсем другое направление в магнитном удержании плазмы было открыто советскими академиками А. Д. Сахаровым и И. Е. Таммом, которые в 1950 году предложили, оставив за собственным магнитным полем плазмы второстепенную роль, удерживать ее в так называемых магнитных ловушках (или, как их часто называют, "магнитных бутылках"). Первая ловушка, предложенная Сахаровым и Таммом, представляла собой тороидальную камеру с продольным магнитным полем. Любая заряженная частица, попавшая в камеру, должна была бы двигаться так, чтобы ее траектория "навивалась бы" на магнитные силовые линии. Однако вскоре сами авторы нашли в своей системе серьезный дефект. Оказалось, что в тороидальной системе, где магнитные силовые линии искривлены, напряженность или индукция магнитного поля (густота силовых линий) выше у внутренней стенки трубы, чем у наружной. Это объясняется упругостью силовых линий, стремлением их как можно больше сократиться, пойти по более короткому пути. В результате у внутренней стенки, где путь короче, скапливается больше силовых линий, чем у наружной.

Эта неоднородность магнитного поля изменяет спиральный характер орбит частиц. Вблизи внутренней поверхности, где поле больше, частицы должны были бы двигаться по орбите с меньшим радиусом, чем около внешней поверхности. В результате этого заряженные частицы "дрейфуют" поперек силовых линий магнитного поля, причем положительно заряженные ядра "налетают" на "потолок" трубы, а отрицательные - на ее "дно".

Этот дрейф частиц - вещь довольно неприятная сама по себе, а косвенный эффект этого дрейфа просто катастрофичен. Разделение зарядов в пространстве камеры вызывает возникновение в камере "непредусмотренного" электрического поля, которое совершенно искажает орбиты частиц, бросая их на стенки камеры.

Как избежать этой неоднородности магнитного поля?

Как сделать, чтобы все пути силовых линий в тороидальной камере были бы равноправны?

Это можно было бы сделать в том случае, если бы заставить силовую линию, которая идет вдоль внутренней поверхности камеры, на каком-то участке поменяться местами с силовой линией, идущей около внешней поверхности. Тогда длина всех силовых линий была бы одинаковой, и все они были бы в равных условиях, а каждая силовая линия, сделав полный оборот, не попадала бы в прежнюю точку и образовывала бы поверхность, называемую магнитной поверхностью.

Такого эффекта можно было бы достигнуть, изгибая силовые линии вокруг оси тора. В этом случае силовые линии имели бы примерно такую форму, как отдельные нити крученой веревки.

Во вращательно-преобразованном ("твистующем" - как можно было бы дословно перевести равноценный американский термин) магнитном поле дрейф частиц свелся бы к минимуму.

Частицы, быстро движущиеся вдоль силовых линий и, таким образом, все время огибающие ось камеры, не могут упасть на нижнюю или верхнюю стенку. Когда частица, дрейфующая вверх, находится ниже оси, она, естественно, стремится отодвинуться от оси, когда же она находится внизу, тот же самый дрейф вверх компенсирует прежнее смещение, подвигая ее к оси. В результате среднее расстояние частицы от оси остается неизменным. Но для всего этого необходимо сделать так, чтобы магнитная силовая линия, описывающая в торе кольцо, в то же самое время обращалась бы вокруг оси камеры. Это можно сделать, употребляя обмотки с большим винтовым шагом, такие, например, как показаны на рисунке (на вклейке). Такие обмотки использованы в так называемом "стеллараторе типа С", относительно недавно построенном в Америке. Его камера имеет в плане вид гаревой дорожки или рейстрека на стадионе сверху. Внутренний радиус камеры - 20 сантиметров, осевая длина - 12 метров и напряженность магнитного поля - 5000 эрстед. Мощность питающей энергоустановки - 15 000 киловатт. Установка стоила 25 миллионов долларов и была сделана с большим размахом. Если бы эта экспериментальная установка работала успешно, на ее базе должна была быть построена промышленная установка - "стелларатор типа Д". Однако кропотливые и трудоемкие исследования не всегда приносили желанный успех и промышленная модель "стелларатора типа Д" - первого промышленного термоядерного реактора - осталась на бумаге. Он, по-видимому, никогда не будет построен.

Другой изящный способ "вращательного преобразования", или "твистования" магнитных силовых линий был предложен американским физиком Л. Спитцером и советским физиком Л. А. Арпимовичем.

Мы уже говорили о том, что обычное "нетвистованное" продольное магнитное поле обладает неоднородностями, приводящими к тому, что отрицательные частицы врезаются в "пол", а положительные - в "потолок" камеры. А что, если оставить одну половину тора неизменной, "перепутать" "пол" и "потолок" в другой половине, или, короче говоря, превратить тор-бублик в восьмерку? Тогда, начав падать на первой половине бывшего тора, частица должна будет "падать вверх" на другой его половине и, таким образом, в среднем будет оставаться на одном расстоянии от оси камеры.

Если оценивать тороидальные камеры типа стеллараторов с винтовой обмоткой и преобразованные в восьмерку, то можно сделать вывод о том, что стеллараторы в настоящее время являются наиболее совершенными магнитными системами для удержания плазмы. Их недостатком является трудность изготовления и дороговизна.

Одним из самых крупных в мире и безусловно самым точным является стелларатор Харьковского физико-технического института АН УССР, носящий звездное имя "Сириус".

Примером гораздо более простой системы может служить ловушка с магнитными пробками или зеркалами, или, как ее еще шутливо называют, "пробкотрон", предложенный академиком А. М. Будкером. Схема "пробкотрона" довольно проста. "Пробкотрон" представляет собой длинную трубу, в которой создано продольное магнитное поле. На концах трубы намотаны гораздо более массивные обмотки, чем в середине; это приводит к тому, что магнитные силовые линии на концах трубы расположены гуще и магнитное поле в этих областях сильнее. Таким образом, частица, попавшая в "магнитную бутылку" этого типа, не может выйти через торцы трубы. На этом принципе была построена самая огромная магнитная ловушка установки "Огра-1", пущенной под руководством Головина в Институте атомной энергии в 1958 году. Вакуумная камера "Огры" имеет в длину 19 метров при внутреннем диаметре 1,4 метра. Средний диаметр обмотки, создающей магнитное поле,- 1,8 метра, напряженность поля в середине камеры - 5000 эрстед, в "пробках" - 8000 эрстед.

'Пробкотрон' - термоядерная ловушка с магнитными пробками. Увеличение магнитного поля на концах 'магнитной бутылки' как бы запирает частицы в замкнутом объеме камеры

Магнитная система типа "пробкотрон", в его "чистом" виде, как выяснилось, обладает серьезными недостатками. В ней самое слабое магнитное поле получается в середине канала, у его стенок. Сюда и устремляется плазма при разряде. Уже менее чем через тысячную долю секунды вся плазма оказывается на стенках камеры.

Новый шаг в усовершенствовании "пробкотрона" был сделан в 1963 году, когда в Институте атомной энергии была пущена установка, получившая название ПР-5. Идея этой установки была предложена Б. Б. Кадомцевым, который исследовал причины неудач с "чистыми" "пробкотронами" и нашел, что для более успешного задержания плазмы необходимо усложнить конфигурацию магнитного поля. Он предложил в дополнение к системе магнитных пробок намотать вдоль цилиндра еще одну обмотку таким образом, чтобы по соседним проводникам шел ток в противоположных направлениях. Это должно было привести к тому, что вблизи стенок цилиндра создавалось бы дополнительное магнитное поле, препятствующее подходу плазмы к стенкам.

При наложении поля прямолинейных проводников на "пробочное" поле получается весьма замысловатая картина магнитных линий. Если, например, "трубка" силовых линий в середине камеры представляет в сечении круг, то на краях камеры это сечение уже представляет собой криволинейный треугольник.

Установка была построена советскими физиками Готтом, Иоффе и Тельковским. Прямолинейные проводники (теперь их во всем мире называют "палки Иоффе") были расположены под катушками, создающими магнитное поле "пробок". Напряженность продольного магнитного поля в центре камеры - 8000 эрстед, в области "пробок" - 12 000 эрстед. Величина магнитного поля прямолинейных проводников вблизи стенок - 8000 эрстед. Длина рабочего объема - 1,5 метра, диаметр - 40 сантиметров.

Конфигурация магнитного поля в установке ПР-5

Первые же эксперименты вселили надежды в сердца физиков. Устойчивость плазмы возросла по сравнению с экспериментами на "чистых" "пробкотронах" в 35 раз, и плазма "жила" несколько сотых долей секунды. Сейчас у ученых существует твердое убеждение, что наилучшей конфигурацией является конфигурация "минимум В", то есть такая конфигурация магнитного поля, при которой поле в центре системы минимально и окружено со всех сторон участками с большим полем. Существует большое число конфигураций "минимум В". Так, французский физик Андреолетти предложил поле, по форме напоминающее примятый кончик папиросы. Советский физик Трубников надеется получить конфигурацию "минимум В" в поле, ось которого свернута в узел.

В 1964 году встала в строй установка "Огра-II", в которой также использован принцип комбинированных магнитных полей.

Сейчас во всех странах понимают, что ключ к долго живущей плазме лежит в усложнении конфигурации магнитного поля. Уже созданы магнитные системы со встречными полями (установки "Орех", "Нимфа", "Кузи"), где направление тока в одной из пробочных обмоток "перепутано", установки с высокочастотными пробками и еще более изощренные установки. Пожалуй, наибольшие надежды связываются сейчас с предложенным харьковскими физиками гибридом "Левитрона" и "Стелларатора". Работы по созданию магнитных ловушек весьма интенсивно ведутся и у нас, и за рубежом.

На что будет похож термоядерный генератор будущего? Магнитная ловушка должна быть весьма большой - только в этом случае мощность, потребляемая ею, будет невелика по сравнению с мощностью генератора. Это происходит за счет того, что мощность генератора растет в кубе в зависимости от линейного размера системы, а потребляемая обмотками мощность - в первой степени от линейного размера.

Исходя из соображений, касающихся потребляемой магнитной ловушкой мощности, можно считать, что термоядерный генератор должен быть никак не меньше нескольких метров в диаметре и нескольких десятков метров в длину. Только в этом случае полезная мощность генератора будет больше мощности, потребляемой магнитной системой, и составит один миллион киловатт. Такой генератор, возможно, будет представлять собой железобетонный цилиндр, диаметром 7-10 метров и длиной 50 метров; внутри этого исполинского цилиндра расположится вакуумная камера диаметром 2 метра, в которой очень мощными обмотками создается магнитное поле величиной 100 000 эрстед. Не исключено, однако, что к тому времени удастся создать громадные сверхпроводящие обмотки. В этом случае к.п.д. генераторов резко возрастет.

Стоимость электроэнергии, получаемой на термоядерных электростанциях, будет очень низкой из-за дешевизны исходного сырья - воды. Настанет время, когда электростанции будут вырабатывать буквально океаны электроэнергии. С помощью этой электроэнергии станет возможным, быть может, не только кардинально изменить уровень жизни на Земле, повернуть вспять реки, осушить болота, обводнить пустыни, но и изменить облик окружающего космического пространства - заселить и "оживить" Луну, окружить Марс атмосферой...

Когда все это произойдет?

На открытии третьей международной конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 году, где собрались представители 72 наций, председательствующий - индийский физик Хоми Баба, недавно трагически погибший при авиационной катастрофе в Альпах,- утверждал, что не пройдет и двадцати лет перед тем, как человечество научится получать электроэнергию с помощью управляемой термоядерной реакции. Когда через девять лет академик Л. А. Арцимович, делая обзор по термоядерному синтезу на заседании Отделения прикладной физики Академии наук СССР, вспомнил об этом сроке, из зала раздался вопрос:

"А когда начался отсчет времени?"

"Это неважно",- ответил Лев Андреевич и вспомнил притчу о Ходже Насреддине, который обещал за двадцать лет научить кого угодно читать Коран, но не указал, с какого дня считать.

Позже Л. А. Арцимович, однако, писал: "Вряд ли есть какие-либо сомнения в том, что в конечном счете проблема управляемого термоядерного синтеза будет решена. Природа может расположить на пути решения этой проблемы лишь ограниченное число трудностей, и после того как человеку благодаря непрерывному проявлению творческой активности удастся их преодолеть, она уже не в состоянии будет изобрести новые. Неизвестно лишь, насколько затянется этот процесс".