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

это королева бала, на котором, однако, ритм задают не моцартовские менуэты, а хлопки электрических раз­ рядов, где свет льют не свечи, а ионизированные моле­ кулы, где вместо веселой болтовни звучит сухой и недву­ смысленный язык математики.

Хотя приглашение к танцу давно уже сыграно, коро­ лева медлит; характер у нее, прямо скажем, не ангель­ ский. В этом нас еще раз убедила зальцбургская встреча физиков.

На конференции было представлено 476 докладов. Это лучшее из того, что проделано советскими, американ­ скими и английскими учеными с 1958 года, когда они впервые обменялись результатами своих экспериментов. Но были в этом числе и работы ученых стран, начавших свои исследования позже.

Разумеется, я здесь не смогу сколько-нибудь подроб­ но рассказать даже о десятой доле того, что сообщили в своих докладах ученые. Не найдет в этой, главе читатель и сенсационного сообщения о том, что проблема управле­ ния термоядерными реакциями решена. Не'надо разоча­ ровываться — дело чересчур трудное, чтобы можно было сетовать на задержку.

В чем же его сложность?, Чтобы заставить ядра атома тяжелого водорода со­

единяться друг с другом, надо нагреть его до многих миллионов градусов. При этой температуре атомы поте­ ряют свои электроны, газ .станет плазмой и ядра водоро­ да будут сталкиваться с такой силой, что смогут сли­ паться, соединяться. Возникнут ядра гелия, рождение которых будет сопровождать бурное выделение энергии.

Нагреть плазму можно прежде всего электрическим током — мощным его разрядом. Но как сохранить тело?

Малейшее касание стенок сосуда, в который помещена плазма,— и оно уйдет. Был предложен такой выход — окружить плазму магнитным полем. Ему не страшна

124

любая температура. И вместе с тем оно способно удер­ жать плазму, не допустить ее к губительным стенкам. Такова простейшая схема любой термоядерной установки.

Очень скоро, однако, обнаружилось, что с плазмой не так-то просто управиться.

Во-первых, в объеме, который она занимает, всегда остается газ, и довольно много, хотя экспериментаторы могут теперь создавать в камерах очень высокое раздра­ жение. Остатки газа, сталкиваясь с частицами плазмы, нейтрализуют их, и они уже перестают принадлежать ей. Облако плазмы быстро тает.

Во-вторых, плазма оказалась удивительно неустойчи­ вой. В ничтожные доли секунды она просачивается или прорывает магнитную изоляцию и, как говорят физики, «выбрасывается» на стенки камеры.

Теоретики подсчитали, что плазма имеет несколько десятков видов неустойчивости. Как их преодолеть?

Прежде всего их надо изучить. А для этого, еще рань­ ше, их следует обнаружить, получить во время опытов: усмирять надо реальную плазму, а не формулы, расска­ зывающие о ее нравах.

Это, может быть, затянувшееся предисловие подвело нас к проблемам, которые обсуждались на Зальцбург­ ской конференции.

Один из главных, если не самый главный вопрос, ко­ торый старались здесь выяснить ученые,— сколько их, этих видов неустойчивости, что они собой представляют.

О том, как с ними бороться, говорилось тоже, но скорее

впредположительном плане — это следующая по очере­ ди задача.

Плазма подданства не имеет, и потому она одинако­ во строптива как в советском, так и в американском реакторе. Иное дело уметь задать ей вопрос, уметь по­

нять ее ответ — словом, правильно поставить опыт и ис­ толковать его результаты.

125

Многие опыты, поставленные в разных странах, хо­ рошо согласуются друг с другом. Например, советский ученый Н. Федоренко был удовлетворен, когда узнал, что английские ученые, ставившие такой же, как и он, опыт, пришли к сходным выводам. Но когда возникает разногласие, ученые начинают не на шутку беспокоиться. Значит ли это, что кто-либо ошибся? Или это каверзы плазмы, которая при слегка отличных условиях меняет свое поведение?

Тогда исследователи собираются на особое заседа­ ние, вне программы конференции, чтобы докопаться до истины. Такой случай произошел, например, с экспери­ ментами, которые ставили, с' одной стороны, американ­ ские ученые Р. Пост и Ф. Коэнсген, а с другой — совет­ ские физики, в частности М. Иоффе. Американцы не смо­ гли обнаружить один из видов неустойчивости, который был не только найден, но и хорошо исследован советски­ ми учеными.

Дискуссия, на которой обсуждалось это расхожде­ ние, привлекла больше половины всех участников кон­ ференции — как не послушать мысли представителей стран, самых авторитетных в этой новейшей области зна­ ния!

Мне, журналисту, трудно давать оценки качеству и уровню тех или иных исследований. Но я должен сказать, что зарубежные ученые не раз отмечали отличное экспе­ риментальное искусство наших физиков. Английский уче­ ный А. Фолкерский высоко оценил исследования, прове­ денные советским физиком И. Кварцхава.

Мы уже говорили, что теория позволила заранее пред­ видеть большое число неустойчивостей у плазмы. «Но не увлеклись ли теоретики? — предположил И. Кварцха­ ва.— Может быть, реальная плазма обнаружит куда меньшее число «дурных наклонностей», чем насчитано по формулам?»

126

Физик обратился к такому классическому методу ис­ следования, как фотография. Правда, аппарат, которым он пользовался,— это своего рода чудо техники. Он по­ зволяет получать фильм со скоростью два миллиона кадров в секунду. Такая тончайшая анатомия времени позволила установить, что в процессе разряда плазма не представляет собой единого образования. Она состоит из множества отдельных волокон. Препарировав живую плазму, И. Кварцхава смог сделать вывод, что число неустойчивостей, какие она имеет в реальных условиях, меньше, чем предвычислено теорией.

Свое умение вести разговор с природой показали и другие наши соотечественники — муж и жена Н. и Т. Фи­ липповы. Они вели свои опыты на так называемой им­ пульсной установке, о которой еще в 1956 году докла­ дывал в Харуэлле академик И. В. Курчатов.

Еще в то время стало очевидным, что такого рода аппараты не способны стать генераторами энергии, рож­ даемой синтезом водородных ядер. Но физики не сдали их в архив и продолжают строить, потому что они ока­ зались удобными для изучения свойств плазмы.

Филипповы создали установку, в которой электриче­ ский разряд, создающий плазму и греющий ее, длится всего десятимиллионную долю секунды, то есть намного меньше, чем в других подобных устройствах. Это дало многое: плазма столь быстро насыщается энергией, столь быстро нагревается, что каверзные неустойчивости не успевают начать свое разрушительное действие.

Плазма получает температуру в 10 миллионов граду­ сов, в ее ядре возникает давление в 100 тысяч атмосфер и... начинается долгожданная термоядерная реакция. Об этом свидетельствует сильный поток нейтронов, испускае­ мых в это мгновение плазмой.

Годы опытов показали, что нейтроны нередко вводят исследователя в заблуждение — они оказываются «не

127

теми», иного, не термоядерного происхождения. Филиппо­ вы очень придирчиво проверили родословную этих ча­ стиц. Испробовали для этого чуть ли не полтора десятка разных способов, и все они единогласно подтвердили «благородное», термоядерное происхождение нейтронов, вылетающих из их установки.

Этот интереснейший результат наши физики считают, однако, побочным: .реакция быстро обрывается, и нет средств поддерживать ее долго. Главное для них — воз­ можность исследовать плазму, находящуюся почти при звездных давлениях и температурах. В докладе приведе­ ны результаты таких измерений. Любопытно, что для одновременного фотографирования разных участков раз­ ряда ученые построили оптический прибор, сходный по строению со сложным глазом насекомого.

Вскоре после второй Женевской конференции, когда выяснилось, что плазмой не так легко управлять, один из видных физиков так обрисовал ситуацию:

— Представьте себе больного,— говорил он,— кото­ рого лечили грелками, рентгеном, пиявками — всем, что под руку попадалось, но безуспешно, потому что врачи не догадались предварительно установить диагноз. Дела больного пошли куда лучше, когда узнали, что за недуг у него. Примерно так же, намаявшись с плазмой, физики решили как следует понять — что же она такое?

Эти слова, сказанные несколько лет назад, может быть, и не вполне верно отражают суть дела. Но тем не менее многие доклады рассказывали о разных методах исследования свойств плазмы при помощи аппаратуры, которая и в с а м о м деле называется диагностической.

Из той же медицины позаимствовал образ молодой советский физик А. Березин, когда делал небольшое вступление к сообщениям на пресс-конференции.

— Когда заболевает человек,— сказал Березин,— ему обычно ставят градусник. И прибор отмечает повышение

128

температуры. Когда «заболевает» плазма, ее температу­ ра падает. Но, главное, с больным человеком, если ему поставить градусник, ничего не случится. Плазма от та­ кой процедуры «умрет» — она передаст все свое тепло прибору. Поэтому все измерения экспериментаторы ста­ раются вести так, чтобы не касаться плазмы.

Распознать состояние плазмы можно по виду излуче­ ний, которые она испускает. Для этого пользуются при­ борами, заимствованными у астрономов,— спектрогра­ фами. Но они могут иметь дело с видимыми излучения­ ми, тогда как плазма испускает очень широкий спектр — начиная от радиоволн и кончая гамма-лучами.

Сравнительно легко были найдены диагностические приборы для измерения всех участков спектра плазмы —■ кроме одного, заключенного между радиоволнами и ин­ фракрасными, лучами. Этот «неприступный» участок был взят английскими физиками. С помощью дифракционной решетки они направили излучения на полупровод­ никовые кристаллы, охлажденные жидким гелием. Степень нагрева кристалла излучением плазмы по­ зволяет судить об энергии, заключенной в лучах этого диапазона.

В докладе, представленном В. Афросимовым, рас­ сказывалось о том, как можно узнать характеристики протонов, находящихся в плазме.

Протоны не испускают лучей. Их нельзя извлечь из плазмы, не разрушив саму плазму. Как поступать в этом случае?

На границе плазмы протоны нейтрализуются и пре­ вращаются в быстрые атомы, которые улетают из обла­ ка. Оказалось, что они наследуют характеристики поро­ дивших их протонов. Когда физики установили это об­ стоятельство, они смогли по характеру быстрых нейт­ ральных атомов представлять себе, что происходит с про­ тонами, находящимися внутри плазмы.

129

Значительная часть докладов была посвящена теоре­ тическим работам. Расскажем коротко об одной из них. Она больше других привлекла к себе внимание.

Новый участок исследований взял советский ученый Б. Кадомцев. Во многих случаях, когда не удавалось объяснить поведение плазмы каким-либо видом неустой­ чивости, говорили обычно: плазма турбулентна. Беда со­ стояла в том, что каждый физик вкладывал в это поня­ тие то, что ему хотелось. Между тем в науке, имеющей дело с газами и жидкостями, есть вполне точное поня­ тие о турбулентности. Оно говорит, что струи, состав­ ляющие поток, движутся не параллельно друг другу, а перемешиваются, что внутри потока есть вихри.

В своей теоретической работе Кадомцев и начал пер­ вым рассматривать плазму, подобную такому беспокой­ ному потоку. Новая теория позволила объяснить, почему плазма ведет себя так, а не иначе при различных видах электрического разряда.

Но надо ли с такой скрупулезностью изучать все при­ хоти плазмы? Нельзя ли поступить решительнее. Ведь можно былв бы, например, много времени и сил убить на то, чтобы помешать клокотать и разбрызгиваться ки­ пятку, подогреваемому в открытой кастрюле. Как изве­ стно, поступают проще — закрывают кастрюлю крышкой.

Примерно таким образом рассуждал советский физик Р. Демирханов, применяющий для удержания плазмы высокочастотные паля. В самом деле, постоянное маг­ нитное поле, выстилающее внутренние полости реакто­ ров, может только пассивно сопротивляться плазме. Вы­ сокочастотное поле подвижно .и способно воздействовать на нее активно, грубо говоря, отталкивать ее при попыт­ ках «выброситься» на стенки.

Первый же эксперимент показал, что это так. Демир­ ханов и его сотрудники работают на торроидальной уста­ новке, то есть имеют дело с кольцами плазмы. И вот,

130