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

)эаторий института составили настоящий гороДок со сВбими магистралями и площадями, окаймленными зеленью. А может быть, институт больше похож на крупный за­ вод— завод открытий, который своим видом помогает осмыслить строки Программы, в которых говорится о слиянии науки с производством?

Первая остановка. Лаборатория, .где действует «Огра» — один из крупнейших аппаратов для исследова-( ния управляемых термоядерных реакций. Коридор с ве­ реницами комнат, и вот дверь, вводящая нас на балкон большого зала. В центре — громадный цилиндр «Огры».

журнал с колонками цифр. Нет, не о киловаттах получен­ ной энергии говорят эти записи.

Пока что энергию приходится только тратить, чтобы понять как следует природу и повадки материи, приве­ денной в четвертое состояние.

Твердое, жидкое, газообразное — три состояния тела. Четвертое — плазменное, в котором атомы частично или полностью лишены электронных оболочек. Из плазмы состоит и гремящий ствол молнии и, беззвучный разряд трубок световой рекламы.

Только в плазме может происходить таинство слияния водородных ядер, порождающее полезную энергию.

Внутри могучего тела «Огры» в тот момент, когда мы стояли возле нее, была плазма. Точнее говоря, ее легкое облачко возникало в полости машины, чтобы через ка­ кое-то время исчезнуть. Жизнь его досадно коротка: уско­ ренные частицы плазмы, сталкиваясь с чужеродными атомами и молекулами, меняются с ними зарядами и, что называется, выходят из игры. Из четвертого состояния вещество возвращается в третье.

] 16

Но разве нельзя предоставить весь объем «Огры» в исключительное распоряжение плазмы?

Шесть мощных вакуумных насосов говорят о том, что борьбе за вакуум в лаборатории придается первостепен­ ное значение. Действительно, в недрах «Огры» царит почти межпланетный вакуум: в каждом кубическом сан­ тиметре ее объема в сто миллиардов раз меньше частиц, чем в воздухе на уровне моря. Но это «почти» означает, что в «Огре» плотность содержимого все-таки в миллион раз больше, чем у космического газа. И меньше пока не удается сделать. Воистину, «природа не терпит пу­

стоты».

Чтобы опровергнуть эту поговорку, здесь пущены в ход не только насосы. В камере «0,гры» после того, как насосы выкачали из нее воздух, распыливается титан. Его частицы увлекают с собой на стенки камеры какую-то часть оставшихся в объеме молекул. Таким приемом пользуются теперь многие вакуумщики, но на «Огре» применено новшество: титан предварительно охлаждает­ ся до температуры жидкого азота, и это позволяет ему улавливать в тридцать раз больше частиц.

Еще в ту пору, когда условия термоядерного синтеза выяснялись теоретиками с помощью цифр и формул, было очевидно, что надо нагревать плазму до десятков, а то и сотен миллионов градусов. Тогда же физики обес­ покоились: как сохранять тепло в плазме, как не подпу­ стить ее к стенкам сосуда, в котором она будет заклю­ чена, как помешать плазме отдать им тепло?

Мыслью, что внутренние стенки плазменного реактора надо выстлать магнитными полями, воспользовались мно­ гие создатели термоядерных установок. Машины типа «Огры» само название ведут от этого принципа: магнит­ ная ловушка.

Толстые стенки «Огры» — это обмотка электромаг­ нита, который создает внутри ее поле, сжимающее облако

117

плазмы с боков и отражающее те ее частицы, которые пытаются ускользнуть через торцы.

Казалось, хранилище для плазмы уготовано надеж­ ное. Но плазма «не сдается» после первого же боя.

За всю историю науки ученым еще никогда не прихо­ дилось иметь дело с материей более капризной, упрямой

Один из исследователей, ведущий опыты на «Огре», рисуя на доске мелом схему за схемой, пояснил нам сущ­ ность последних опытов.

Вот перед нами начерчен ровный круг — сечение столба плазмы в камере реактора. Вот, след одной из ее чабтиц— спираль, изогнутая по кругу: частица летит по пути, определенному для нее строением магнитного поля. Но оно оказывается таково, что как бы выжимает ее на периферию. Группа таких частиц образует опасное со­ дружество, как говорят здесь, «язык».

Мел пририсовывает к кругу выступ. Затем еще один, еще, и вот мы видим, как становится рифленой поверх­ ность плазменного столба. Это последние мгновения его жизни. Еще миг — и, как говорит наш лектор, произойдет диффузия плазмы в магнитное поле. Иными словами, плазма, разъев, как кислота, магнитную оболочку, ри­ нется к губительным для нее стенкам камеры.

Сделан шаг вперед: изучена природа одного из видов неустойчивости плазмы. И, кажется, нащупываются пути борьбы с ним: два электрода, помещенные по торцам ка­ меры, уменьшают «языковую» неустойчивость. Плазма, правда, все равно позже гибнет. Но это от других причин, которым тоже придет очередь отступить...

Не часто даже бывавшему на заводах приходилось видеть таких размеров здание, как то, где разместились «Токамаки» — реакторы иного, чем «Огра», типа.

118

«Токамак» — несколько искаженное ради удобства произношения слово, составленное из первых слогов пол­ ного названия установки: «торроидальная камера маг­

нитная».

Мы ходим около «Токамака-2» — большого металли­ ческого бублика. Со всех почти сторон он обставлен при­ борами, дымящимися азотом насосами, кабельными под­ водками. Ко всему прочему его оседлало ярмо транс­ форматора.

В полости «Токамака» магнитная «облицовка» имеет иное, чем в «Огре», строение. Есть и другие отличия. Если ускоренные частицы плазмы «впрыскиваются» в «Огру» особым генератором, то здесь плазма нагревает­ ся, подобно металлу в индукционной печи: газ в камере служит как бы единственным витком вторичной обмотки

трансформатора.

На «Токамаке», коротко говоря, решается та же про­ блема: борьба с неустойчивостью плазмы. Но здесь она

в иной форме.

Индукционный ток, «поджигающий» газ, образует внутри тора горячее плазменное кольцо. Несколько мил­ лионов градусов!

Но увы! Плазма тут же остывает: ее частицы, соуда­ ряясь с другими, более тяжелыми примесями — углеро­ дом, Кислородом,— отдают им свою энергию: плазмен­ ный’шнур начинает светиться все ярче и ярче.

Парадоксальное противоречие с нашим повседнев­ ным опытом: мы привыкли, что чем ярче светится тело, тем выше его температура.

Для здешних физиков идеал — черная плазма. Дело в том, что свет излучает не сама плазма, а нагретые ею частицы примесей. И чем ярче их свечение, значит, тем большую долю энергии смогли они отнять у нее. Разу­ меется, первое желание помочь плазме тем, что удалить прожорливые примеси.

119

Значит, опять проблема высокого вакуума, опять стремление поселить в реакторе космическую пустоту. Но совершенство нынешних насосов ставит пока что здесь предел.

Помогает такое ухищрение: камеру прогревают, что­ бы согнать с ее стенок «прилипшие» чужеродные молеку­ лы и атомы и отдать их во власть насоса. Тепловая «тре­ нировка» камеры, как называют этот прием, занимает 100—120 часов. Она помогает: плазма становится «чище».

«Токамак» оснащен множеством приборов. Прежде всего это спектрографы, разгадывающие смыслы элек­ тронно-атомных коллизий по виду излучений, рожден­ ных этими актами. Часть приборов внедрена внутрь ка­ меры: не каждое излучение удается вывести наружу. Ви­ димое свечение плазмы выпускают из камеры через сап­ фировый иллюминатор.

Сапфир? Что это — магический кристалл алхимиков? Возможно, он оправдает когда-либо такое название, если поможет исследователям получить заветную черную плазму. А пока этот драгоценный камень оказался про­ сто более подходящим, чем кварц, материалом: его про­

ще сварить с металлом.

Когда повысили чистоту плазмы, она смогла нагре­ ваться до более высокой температуры. Но возросла ее неустойчивость. Обнаружилась быстрая потеря частиц плазмы. Значит, надо улучшать магнитное поле.

Есть еще загадочный процесс: число ионов в газе уже после того, как оно начало уменьшаться, неожиданным образом вновь вырастает. Здесь, видимо, заложены ка­ кие-то обнадеживающие возможности.

Наша третья беседа — у маленькой торроидальной ка­ меры. Два человека легко охватят эту металлическую баранку. Впрочем, это не младший брат «Токамака». Их отличают друг от друга магнитные поля: в большом торе — сильное, в малом — слабое.

120

Работы на этой камере позволили ответить на вопрос, озадачивший английских физиков, делавших опыты на подобном же реакторе «Зэта». Их удивило, что плазма нагревается значительно слабее, чем можно было бы ожидать, судя по величине тока в ионизированном газе. Какую каверзу на этот раз выкинула плазма?

Оказалось, что она не хочет подчиняться классиче­ ским законам электродинамики. Электрический ток, сжи­ мающий своим магнитным полем заряженные частицы примесей, почему-то бессилен сделать это же с плазмой. В те мгновения, когда импульсы тока гонят ионы газа по кольцу, плазма как ни в чем не бывало спокойно рас­ средоточена по всему объему камеры!

Опыты на маленькой камере дали ответ: виной тому микронеустойчивость плазмы.

Сколько же их всего — видов неустойчивости у этого многообещающего, но строптивого подопечного физиков? Теория насчитывает их десятки, если не всю сотню! Пока что экспериментально обнаружено и исследовано только несколько видов. Не безнадежны ли тогда поиски управ­ ляемых термоядерных реакций? Не сходна ли плазма, ее неустойчивости со сказочной гидрой, у которой на месте отсеченной головы вырастает другая?

Нет. Наверное, каждый с радостью присоединится к мудрому заключению, которое сделал физик, хорошо знающий, что такое плазма: число неустойчивостей плаз­ мы ограничено, фантазия же человека беспредельна!

Москва, 1961 г.

g Г. Остроумов

УКРОЩЕНИЕ СТРОПТИВОЙ

Зальцбург — город старый. Первые камни крепости, вокруг которой он вырос, были положены еще в деся­

том веке. Крепость росла много веков — последние по­ стройки, если не считать туристского фуникулера, сдела­ ны здесь в XIX веке. Сейчас ее башни и стены господ­ ствуют над долиной, в которой расположился город. Зна­ чительно древнее соляные промыслы, которые дали имя крепости и городу.

Еще в каменном веке люди сумели оценить достоин­ ство соли, из которой на 40—70 процентов состоят здеш­ ние отроги Альп. Археологи, а чаще рабочие копей нахо­ дят остатки грубых орудий, которыми многие тысячи лет назад наши предки вырубали съедобный минерал.

Еще в середине века из Зальцбурга во все концы Европы увозили тяжелые соляные цилиндры. Но уже в ту пору Зальцбург начинает славиться своими народны­ ми праздниками, полными музыки и веселья. И, навер­ ное, не случайно именно здесь родился один из величай­ ших композиторов Вольфганг Моцарт. Музыкальные традиции живы тут и сегодня, они лишь приняли совре­ менную форму фестивалей, собирающих сюда со всего света ценителей классической гармонии.

122

Город искусства и старины был выбран для встречи пятисот ученых 28 стран, ведущих исследования в обла» сти получения энергии с помощью управляемых термо­ ядерных реакций или заинтересованных в них. Контраст не оказался противоречивым, и физики, работающие с материей, нагретой на миллионы градусов, сжатой на десятки тысяч атмосфер, не остались равнодушными к теплым и мягким звукам музыки Моцарта. Редкий энту­ зиазм бушевал в их аплодисментах на праздничном кон­ церте, устроенном для ученых гостей городскими вла­ стями.

Зальцбург позаботился не только о развлечениях. Для конференции было предоставлено удобное здание с'хоро­ шим современным залом. Здесь проводили все свое время люди, работающие для блага завтрашнего дня.

Завтрашнего? А сегодняшнего?

Сегодня’ исследования по управляемым термоядер­ ным реакциям — это труд, труд и труд, плоды которого еще нужны только самим физикам. Труд эксперимента­ торов и теоретиков, старающихся разгадать тайны жизни четвертого состояния вещества — плазмы.

Многие годы людям казалось достаточным то, что они знали о плазме: это смесь электронов и ионизированных молекул или даже совсем голых атомных ядер. И профес­ сора, и инженеры, и студенты удовлетворялись несколь­ кими строчками, которые отводились плазме в учебни­ ках физики. Сейчас недавняя золушка — королева бала. Ею увлечены физики, стремящиеся построить термоядер­ ные генераторы энергии. Судьба всех их замыслов зави­ сит от того, как сумеют они поладить с плазмой. Хотят с ней дружить и ракетчики.— те, которые рассчитывают строить корабли для полетов далеко вне Земли. С плаз­ мой связывают свое будущее инженеры, намеревающие­ ся получать электроэнергию из угля, нефти, газа, торфа, минуя котел и турбину. Одним словом, плазма ныне —