ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
(уменьшить возможность Прорыва сгустков, прихо дится менять форму ловушки так, чтобы стенки ее были уже всюду не выпуклыми, а вогнутыми. В раз резе форма магнитного поля такой ловушки напо минает бубновый туз. Магнитные стенки подобной формы, как думают ученые, лучше отражают сгуст ки. Поэтому .наиболее рациональную форму лову шек должны подсказать дальнейшие экспери менты.
Но заключить плазму в ловушку — этого еще мало, надо ее и нагреть. При этом напреть быстро, чтобы плазма не успела уйти из-за соударений ча стиц. Роль нагревательного насоса в магнитной ло вушке предназначается ее пробкам. При быстром вдвигании их в ловушку, то есть резком измене нии конфигурации магнитного поля в ловушке, мож но добиться резкого повышения температуры плаз мы— совсем как при вдвигании поршня в цилиндр велосипедного насоса. Вспомним, что, когда вело сипедист накачивает воздух в шину, насос разогре вается. Некоторые ошибочно полагают, что причи ной нагревания насоса является трение в нем. Но дело в другом: насос сжимает воздух в камере быстрее, чем тепло, выделяемое воздухом при сжа тии, успевает выйти че,рез стенки цилиндра насоса; температура воздуха повышается, что передается и стенкам насоса.
Есть основания думать, что очень быстрым сжа тием плазмы можно поднять ее температуру до де сятков и сотен миллионов градусов.
Операцию выдвигания пробок можно в принци пе осуществить почти при любой форме ловушки. В частности, ей можно придать форму восьмерки, в которой магнитное поле скручено в жгут; в двух ме стах магнитного поля сделаны пробки. Быстро
90
Внешний вид советской тороидальной камеры «Альфа».
сближая «горлышко» и «дно» плазменного насоса, можно сильно разогреть плазму.
Есть еще одна возможность. Запертую в магнит ной ловушке плазму можно разогревать, впрыски вая в нее быстрые, «горячие» посторонние частицы. Что при этом происходит? Влетая в плазму, эти ча стицы начинают сталкиваться с частицами плазмы и передают им свою энергию. Эта энергия может быть довольно большой: ионы водорода даже на небольших современных ускорителях могут быть разогнаны до энергий, соответствующих температу рам в триллионы градусов. Правда, энергия, пере даваемая ими плазме, определяется не только са мой энергией ионов, но и их числом, которое обыч но гораздо меньше числа частиц в плазме. Но даже если число водородных ионов в тысячу раз меньше числа плазменных частиц, то при температуре ио-
7* |
91 |
Советская камера «Огра».
нов в триллион .градусов они смогут разогреть плаз му за время пребывания в ней уже до миллиарда градусов. Сейчас разработаны различные ускори тели, которые могут создавать мощные потоки час тиц, но с энергией, лишь несколько большей 1000 электронвольт на частицу. При этом способе са мое трудное захватить, удержать на долгое время быстрые частицы в плазме, чтобы их энергия успе ла перейти в тепло.
Сегодня магнитные «ловушки все еще не герме тичны. Вследствие же вытекания плазмы через пробки температура, при которой может начаться термоядерный синтез с положительным выходом энергии, значительно увеличивается. Однако такой способ разогрева плазмы — один из самых много обещающих. По этому принципу устроена совет ская камера «Огра» — самая крупная термоядер ная установка. Ученые ведут интенсивные работы в этом направлении и в первую очередь ищут спосо
92
бы герметичнейшей закупорки плазмы. Если . это будет достигнуто, то наука очень сильно приблизит ся к заветной цели — возбуждению управляемой термоядерной реакции.
Наконец, предложен еще один проект разогрева плазмы, надежно укутанной в магнитную «шубу», до сверхвысоких температур. Вспомним шаровую молнию, этот ярко светящийся плазменный шар. За счет чего поддерживается огромная температура в этом шаре? Мы назвали одно «з наиболее убеди тельных предположений: о питании шаровой мол нии за счет энергии радиоволн, излучаемых грозо выми разрядами.
Существование шаровах молний в течение не скольких секунд и даже минут ясно говорит о том, что энергия в плазму здесь подводится медленно.
Почему бы плазму, герметично закупоренную в магнитной ловушке, не нагревать энергией мощных генераторов радиоволн? К сожалению, пока еще не очень хорошо известно, как плазма «усваивает» этот вид энергии. Но эта возможность внимательно исследуется учеными.
С каждым годом растет эффективность методов нагрева плазмы до огромных температур, рождают ся все новые «рекорды» нагрева, и, видимо, уже сильно приблизился к нам тот день, когда ученым наконец удастся возбудить в плазме мирно проте кающую термоядерную реакцию.
ОТ ТЕРМОЯДЕРНОЙ — К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Как вырабатывается электрический ток на обыч ной тепловой электростанции? Топливо, сгоревшее в специальных топках, выделяет тепло. Это тепло нагревает воду, проходящую по трубам, проложен
93
ным вдоль стен топки, и превращает ее в пар. Пар поступает на лопатки турбины и приводит во вра щение вал, на который насажен ротор динамомаши ны. На роторе имеются обмотки; при вращении ро тора в них наводят ток сильные электромагниты, расположенные на статоре динамомашины. Мы ви дим, что получение тока -на электростанциях есть процесс, идущий в несколько стадий. При перехо дах от одной стадии к другой происходят неизбеж ные потери энергии, так что коэффициент полезного действия тепловых электро-станций не очень высок.
Атомные электростанции отличаются от тепло вых тем, что топливом в них служит весьма «кало рийный» уран, и еще тем, что из-за высокой радио активности получающийся пар нельзя пускать в турбину, а можно использовать для нагрева и пре вращения в пар другой воды. И здесь велики по тери энергии; коэффициент полезного действия пер вой советской атомной электростанции составлял лишь 16 процентов, то есть в полезную энергию превращается только одна шестая часть всей выра батываемой энергии.
А нельзя ли, скажем, на атомной электростанции превращать ядерную энергию непосредственно в электрическую? В принципе, оказывается, можно. Ученые предложили это делать так. Атомный реак тор должен иметь не обычную форму куба, а быть, скорее, похожим на трубную обжиговую печь це ментного завода. Работать в этом оригинальном ре акторе должна знакомая нам плазма.
Если «обратить» ди-намомашин'у и обмотки ус тановить в статоре, а магниты — в роторе, как это делали на заре электротехники, то ровным счетом ничего не изменится. Далее, не все ли равно обмот кам, какое магнитное поле движется мимо них: с-оз-
94
дается ли оно вращением машитш — кусков метал ла— или движением заряженных частиц? Конечно, все равно. Значит, ротор можно заменить движу щейся плазмой. На этом и основан принцип описы ваемого реактора. -По-видимому, он будет работать
так.
С одного конца трубы насосы впрыскивают в особый отсек газообразное соединение урана. Газ уплотняется, масса его растет и наконец достигает критической величины, при которой внем начинает ся реакция деления ядер урана. Выделяющаяся при этом энергия быстро нагревает газ и превраща ет его в плазму, после чего устремляет облако плазмы вдоль трубы со скоростью -около полутора километров в с-екунду. -На другом конце трубы имеется такой ж-е отсек; к моменту, когда облако плазмы достигает этого отсека, в нем производится встречный взры-в, и плазма проносится но трубе- в обратном направлении. Восприемником магнитных полей носящейся в трубе плазмы служит проволоч ная -катушка, навитая снаружи на трубу. При дви жении -плазмы в ней возбуждается электрический
ток.
Пока это, однако, лишь идея. Реализация тако го проекта встречает ряд серьезных затруднений технического характера. Материал стенок трубы и отсеков должен выдерживать -огромные температу ры и давления, возникающие даже при црошечных взрывах газообразного урана.
Заглянем в будущее. Как можно использо вать термоядерную энергию? Термоядерный реак тор, когда удастся получить управляемую реакцию, можно -было бы построить в точности по этому принципу. Как легко понять, температуры и давле ния в термоядерной плазме еще во много раз боль-
95
ше, чем в (урановой плазме, но трудностей со стен ками здесь не возникает: ведь плазма находится в магнитной ловушке. Разогревалась (бы она ,не ура новыми взрывами, а термоядерной реакцией, кото рая выделяет в плазме энергию при высокой тем пературе. Восприемником этой энергии, превращен ной в энергию магнитного поля бешено носящихся частиц плазмы, может служить проволочная обмот ка разрядной камеры, так же, как и в описанном выше реакторе.
Прием термоядерной энергии можно было бы осуществить и по-другому. Пусть в плазме возбу дилась термоядерная реакция. В результате выде ляющегося тепла резко возросла скорость движе ния частиц, плазмы, а значит, и их собственные маг нитные поля. Легко понять, что плазменное магнит ное поле будет работать против магнитного поля ловушки. В первые несколько мгновений в этой борь бе полей победит поле ловушки, но затем верх возь мет поле плазмы, которое станет много сильнее внешнего поля. В обмотках появится встречный ток, куда более сильный, чем тот, который сдерживал плазму.
Прорвав ловушку, плазма расширится, достиг нет стенок камеры, температура ее быстро снизит ся, и термоядерная реакция затухнет. Внешнее поле опять загонит плазму в ловушку, снова сожмет ее; опять возбудится в ней термоядерная реакция, опять плазма вырвется из ловушки; и снова по об-* моткам реактора пройдет могучий импульс электри ческого тока. И так снова и снова. В этом «пуль сирующем» термоядерном генераторе нет ни-кот лов, ни турбин. Вода в нем не нагревается — она сама нагревает, сама дает электрический ток!
Не все ученые склонны оптимистически смот
96
реть на сегодняшнее положение дел в этой об ласти.
Может действительно показаться, что они от части правы; уже более десяти лет во всем мире ве дутся работы по управляемым термоядерным реак циям, а решающего успеха все нет.
В чем же заключается основная трудность? В неустойчивости, вернее, в великом множестверазличных видов неустойчивости сильно нагретой плаз мы. Видимо, — ив этом мы уже убедились по пре дыдущему рассказу, ,— не так трудно будет разо греть плазму до сверхвысоких температур, как удержать эти температуры на срок, за который в массе плазмы началась бы термоядерная реакция. Неустойчивость плазмы — вот тот высочайший барьер, который преграждает ученым путь к желан ной цели.
Академик Л. А. Арцимович сказал на Зальц бургской конференции по термоядерному синтезу, состоявшейся в сентябре 1961 года: «Сейчас всем ясно, что первоначальные предположения в том, что двери в желанную область сверхвысоких тем ператур откроются без скрипа при первом же мощ ном имлульсе творческой энергии физиков, оказа лись столь же необоснованными, как и надежда грешника войти в царство небесное, минуя чисти лище». Сейчас физики и находятся в таком «чисти лище». Но вое же они ни в малейшей мере не теря ют оптимизма. Ну, сколько барьеров может поста вить природа на их путл? Пусть много, пусть даже очень много, но не бесконечное же множество! А это и означает: все энергичнее атаковать при роду, — и тогда рано или поздно падут все барьеры.
97