Файл: Остроумов Г.Н. Приручение Солнца [очерки].pdf

рушается однородность и при свертывании магнитного поля, и, путешествуя вдоль его линий, частицы плазмы одновременно, подобно кораблю, попавшему в течение, дрейфуют, сносятся к стенкам реактора.

Но и здесь мысль ученых нашла способ борьбы с по­ мехой. Выровнять строение магнитного поля помог боль­ шой ток, пропускаемый через плазму. Он создает соб­ ственное поле, которое в результате .сложных взаимодей­ ствий с другими полями устраняет нежелательный «дрейф». Поле тока, идущего через плазму, полезно и тем, что оно само по себе участвует в ее термоизоляции.

Таковы в нашем схематическом изложении идеи, соот­ ветствующие одному из направлений исследований.

Ему соответствуют такие тороидальные термоядер­ ные установки, как английская «Зэта» и советская «Альфа».

Другое направление — исследование поведения плаз­ мы не В'торах, а в прямых трубах. О нем рассказывалось в печати вскоре после харуэллской лекции академика И. Курчатова.

Напомним лишь, что в этом случае удерживает плаз­ му, сжимает ее в шнур только одно магнитное поле, то, которое сопровождает разряд тока, нагревающий водо­

род.

Новое направление в исследованиях по управляемой термоядерной реакции, не связанное с мощными им­ пульсными разрядами, начало развиваться у нас после того, как Г. Будкер в 1953 году предложил, а в 1954 году рассчитал систему с так называемыми магнит­ ными пробками. В дальнейшем такие системы получили название адиабатических ловушек. Применение их позво­ ляет в принципе поставить вопрос об осуществлении стационарной термоядерной реакции.

Адиабатическая ловушка в простейшем виде пред­ ставляет собой прямой цилиндр с достаточно большим

91

продольным магнитным полем, усиленным на концах цилиндра. Можно сравнить магнитное поле такой ловуш­ ки с тем же пучком прутьев, концы которого сильно сжаты как бы обручами. Именно так выглядит схемати­ ческий рисунок этого поля, который для наглядности вам нарисует физик.

Математические соотношения и уравнения доказы­ вают очень важную истину: при известных условиях за­ ряженная частица будет колебаться между магнитными пробками, как шарик в трубке с закрытыми концами или как рыба (если позволительно сравнить адиабатическую ловушку с вершей, а частицу уподобить рыбе), попавшая в хитроумное орудие лова.

Правда, как и в случае с вершей, здесь тоже есть условия, при которых частица может удрать из ловушки и унести с собой принадлежащую ей долю энергии, на­ копленной в плененном облаке плазмы. ,

Расчеты могут показать, как складывается баланс потерь и выделения энергии в зависимости он темпера­ туры, до которой нагрета плазма. Рассчитаны два слу­ чая — при дейтерий-дейтериевой и дейтерий-тритиевой реакциях. С ростом температуры потери энергии через пробки уменьшаются, вместе с тем растет выделение полезной энергии. Точки пересечения этих кривых с

ядерной реакции. В области над этими точками мыс­ ленный взор уже рисует действующий термоядерный ге­ нератор.

Но как достигнуть этих точек? Если изобразить график, то на линии абсцисс мы увидим соответствующие числа: 100 и 1000 -килоэлектроновольт (100 — для смеси дейтерия и трития, 1000 — для чистого дейтерия). На гра­ фике дается косвенное значение температуры в виде энергии движения частиц.

92

Чему же она равна, если обратиться к шкале обыч­ ного градусника? Ответ способен поразить любое вообра­ жение: 1 миллиард и 10 миллиардов градусов.

В случае реакции дейтерий-тритий каждый кубиче­ ский метр плазмы позволит получить до 200 тысяч кило­ ватт мощности, и при этом термоядерная установка будет иметь приемлемые размеры. Для реакции дейтерий-дей­ терий размеры системы сильно возрастают, однако все еще остаются в практически разумных размерах.

Какими способами получают горячую плазму в адиа­ батических ловушках? В Институте атомной энергии рассматривалось несколько таких способов. При одном из них это'достигается быстрым сжатием плазмы магнит­ ным полем, подобно сжатию воздуха в цилиндре дизель­ ного двигателя.

Многообещающий метод получения плазмы с темпе­ ратурой в несколько миллиардов градусов — впуск в реактор ионов, которые предварительно ускорены до нужной энергии.

Интересно отметить, что атомные ионы, захваченные магнитным полем, при числе ионов 10 тысяч миллиардов

водном кубическом сантиметре должны будут двигаться

вловушке в течение сотен секунд, проходя до выхода через пробки путь более 100 тысяч километров!

ГЛАВНАЯ МАГИСТРАЛЬ

Есть много общего между первой и второй Женев­ скими конференциями не только в таких чисто внешних атрибутах, как форма организации работы, но и в том духе сотрудничества между учеными разных стран, кото­ рые установились здесь с первого же дня. Сходны между собой и названия проблем, которые обсуждались уче­ ными на заседаниях. Но как разительно изменилось

93

содержание докладов. Атомная наука успела за эти годы уйти очень далеко.

В 1955 году только советская делегация рассказала об устройстве и работе своей атомной электростанции. На этот раз такие доклады смогли представить и другие страны — Англия и США.

Самый большой опыт эксплуатации атомной электро­ станции имеет наша страна, запустившая свою АЭС в 1954 году. И потому понятен большой интерес, с кото­ рым присутствующие в зале Ассамблеи Дворца Наций

выслушали сообщение, представленное советскими уче­ ными.

Профессор А. Красин, зачитавший доклад, кратко напомнил о принципе устройства первой в мире атомной электростанции, о которой подробно рассказывалось еще на первой Женевской конференции. Са^ый важный вы­ вод, говорит советский ученый, который позволила сделать работа этой электростанции, состоит в том, что ее тепловыделяющие элементы — основная часть реак­ тора — обладают очень высокой надежностью. В них до­ стигнута очень высокая степень выгорания ядерного топ­ лива— 25 килограммов при расчете на одну тонну. Четырехлетняя эксплуатация станции показала также исключительную надежность усистемы, предотвращаю­

щей последствия разрушения тепловыделяющих эле­ ментов.

Все это дало основание, говорит докладчик, принять конструкцию тепловыделяющих элементов первой стан­ ции для сооружаемой в Советском Союзе мощной атом­ ной электростанции.

А. Красин рассказал также о других исследова­ ниях, связанных с действием различных узлов станции. Одновременно, как сообщил он, была проверена система биологической защиты. Все виды радиоактивных отходов станции контролируются. Вода и воздух после необхо-

94

Димого разбавления до безопасных концентраций уда­ ляются из станции. Так, например, вода, сбрасываемая ею, имеет радиоактивность меньшую, чем, скажем, мине­ ральная вода из бутылки, на которой написано «радио­ активная». Тщательный контроль местности', где нахо­ дится станция, в радиусе ста километров убедил в том, что на ней нет никаких следов заражения.

На первой атомной электростанции были поставлены широкие опыты, о которых А. Красин сообщил во второй части доклада. Эти эксперименты позволяют значительно поднять технико-экономические данные АЭС. Важный шаг представляет изменение режима работы реактора. Если первое время после пуска станции тепло, рожденное в реакторе, уносилось водой, находящейся под давлением, то теперь вода кипит в самом реакторе. Вначале на «кипящий» режим был переведен один тепло­ выделяющий элемент, а в прошлом году уже больше половины элементов реактора работали в «кипящем» режиме.

Особое внимание всех участников конференции вы­ звало заседание, посвященное тому направлению ядерной физики, которое можно по праву назвать главной магистралью современной науки. Речь шла о проблемах управляемого термоядерного синтеза.

Идеи управления термоядерными' процессами для получения энергии, говорилось в докладе советского академика Л. Арцимовича, выдвигались уже давно. Но понадобилось много лет инкубации этих идей, прежде чем появились обоснованные надежды на решение столь грандиозной проблемы. Когда это произошло, началось быстрое расширение масштаба исследований. Поиски способов управления термоядер­ ными реакциями стали самой важной проблемой атом­ ной техники.

95

Большую роль в ускорении темпов научных исследо­ ваний в этой области сыграло смягчение тех жест­ ких рамок секретности, которые ранее полностью изолировали друг от друга физиков, работающих над этой проблемой в разных странах. Этот сдвиг произошел после того, как в 1956 году были впервые сообщены некоторые результаты работ, выполненных в

СССР.

Однако в настоящее время, несмотря на широкий размах исследований по управляемым термоядерным реакциям, по существу, идут еще только поиски путей подхода к проблеме и ни в одном еще направлении ученые не ушли так далеко, чтобы быть уверенными в правильности своего выбора. Общепринято только убеждение, что разрешить проблему можно правильным выбором способа магнитной термоизоляции горячей плазмы.

В советском докладе далее говорилось об общих свойствах будущих термоядерных реакций, о возмож­ ности прямого преобразования термоядерной энергии в электрическую.

Источником энергии должен служить синтез либо дейтерия — водорода с атомным весом два, либо его смеси с другим изотопом водорода — тритием, имеющим атомный вес 3. По-видимому, считает академик Л. Ар­ цимович, раньше удастся осуществить реакцию дейтерий-

тритий.

В докладе сообщались результаты проведенных в по­ следние годы в Советском Союзе теоретических и экспе­ риментальных работ по управляемым термоядерным

процессам.

С интересом выслушали участники конференции рас­ сказ об устройстве термоядерной установки типа магнит­ ной ловушки, модель которой они уже успели осмотреть на советской выставке.

96

В ЦЕХАХ И В ЛАБОРАТОРИЯХ

Если физики, занятые проблемой получения термо­ ядерной энергии, пока что ищут наиболее верный путь исследования,, то в в области использования изотопов такой путь уже давно выбран. Пожалуй, из всех много­ численных способов применения атомной энергии в мир­ ных целях изотопы дают сейчас человечеству наибольший технический и экономический эффект.

Первым на конференции выступил американский уче­ ный У. Либби, сообщивший о применении изотопов в США. Следом за ним на трибуну зала Ассамблеи под­ нялся вице-президент Академии наук СССРакадемий А. Топчиев. В его докладе приведены многие примеры большого эффекта, который дают изотопы в научной и производственной деятельности. Тысячи учреждений Со­ ветского Союза, говорилось в докладе, десятки тысяч людей в той или иной мере используют радиоактивные изотопы. По ориентировочным подсчетам применение изотопов в промышленности Советского Союза в 1957 го­ ду дало народному хозяйству экономию порядка 1,2— 1,5 миллиарда рублей.

Академик А. Топчиев сделал обстоятельный обзор различных применений изотопов. Ученый особо выде­ лил проблему использования изотопов в химической про­ мышленности, где они обещают произвести революцион­ ные изменения в технологии. Так, например, при производстве полиэтилена гамма-облучение позволяет вести реакцию полимеризации при давлении не в ПОЬ—1500 атмосфер, как обычно, а всего лишь при 50—100 атмосферах.

Докладчик сообщил, что в настоящее время в СССР

проектируются и строятся полупроизводственные уста­ новки различных назначений, например, для получения этилена, фенола, крашения тканей. В этих установках

97

будут йрименяться ядерные излучения такой мощности, какую способна дать тысяча тонн радия. О больших воз­ можностях использования в промышленности радиацион­ но-химических процессов говорит такой пример, приве­ денный в докладе: атомные электростанции тепловой мощностью в два миллиона киловатт дают в год столько «ядерной золы», что ее вполне достаточно для производ­ ства шестидесяти тысяч тонн полиэтилена или тридцати тысяч тонн фенола или для вулканизации ста тысяч авто­ мобильных покрышек весом в сто килограммов каждая.

ПЕРЕДНИЙ КРАЙ ФИЗИКИ

Почти двадцать лет назад неровный пунктир на фото­ пластинке сообщил физикам-экспериментаторам о том, что уран способен к цепной реакции деления. А сейчас, взяв в руки газету, мы читаем о 100 тысячах киловатт советской атомной станции, которая использует эту цеп­ ную реакцию деления для нужд человека.

Теперь не только физики понимают, какие последствия могут иметь лабораторные эксперименты, как бы туманна ни была их нынешняя связь' с промышленной практикой. Никто не удивится, что о сложных проблемах современ­ ной экспериментальной и теоретической физики, которые обсуждались на заседаниях второй Женевской конферен­ ции, пишут сотни газет мира.

Огромное значение физики в нашей жизни помогло ей получить серьезную поддержку промышленности. И ска­ жем, гигантский ускоритель Объединенного института ядерных исследований — прекрасное олицетворение этого союза науки и индустрии. Синхрофазотрон — само по по себе великолепное достижение, но понятно внимание, с каким участники заседания выслушали рассказ акаде­ мика В. Векслера о результатах исследований, сделан­ ных на этом крупнейшем в мире ускорителе.

98

Особенности этой машины, сказал В. Векслер, позволяют получать почти параллельный пучок ускорен­ ных протонов. Исследователи Объединенного института пользуются этим пучком как своеобразным лучом света, которым они как бы освещают вещество. Это позволяет изучать структуру атомных ядер и, что особенно важно, строение протонов и нейтронов, которые в менее мощных машинах ведут себя как однородные частицы. Физики из Дубны могут различать оболочку и как бы ядро этих частиц. Опыты на синхрофазотроне обещают выяснить один из основных вопросов науки — природу сил, скреп­ ляющих атомное ядро, а пока они разрушают старые представления теоретической физики.

Да, такова задача экспериментаторов: добыть новые факты, которые разрушили бы построения теоретиков. Здесь делр похоже на то, как если бы каменщикам, кото­ рые подрядились возвести дом из всего строительного материала, который им доставят, время от времени прирозили бы все новые и новые строительные дета­ ли— то для фундамента, то для крыши, и им каждый раз приходилось бы начинать все сызнова. Таковы при­ мерно взаимоотношения между теоретиками и экспери­ ментаторами, и терпеливые каменщики — это, конечно, теоретики.

В заключение своего доклада В. Векслер сообщил об одной новой идее, которая позволит получить чистый пучок интереснейших частиц — антипротонов, с которыми некоторые ученые связывают, может быть, отдаленные, но фантастические увлекательные надежды на практиче­ ское использование нового вида ядерных реакций, кото­ рые дают энергию большую, чем даже термоядерный синтез.

С интересом выслушали собравшиеся в зале Ассамб­ леи доклад крупного американского физика-теоретика Р. Фейнмана, в котором дан обзор нынешнего состояния

99