Техника - молодёжи 1956-06, страница 35

(меньше одного миллиарда электрон-волы), но зато достигалась очень большая интенсивность и концентрация потоков частиц. На выходе ускорителя получалась как бы крупинка сверхтяжелого звездного вещества. Она и служила запалом, который, ударяя в небольшой водородный заряд, поджигал его.

При таком использовании ускорителей не являлось препятствием то обстоятельство, что поверхность обстрела электронной оболочки атома в миллионы раз больше поверхности обстрела самого ядра. В методе концентрированного удара все столкновения являются полезными. В результате многочисленных разнообразных столкновений в конечном счете получался местный нагрев до звездной температуры, и прежде чем водородный заряд успевал разлететься во все стороны, часть его вступала в термоядерные реакции — «сгорала».

Так удалось получить энергетический выход 1 : 10. Затраты энергии на создание крупинки звездного вещества — на ускорение порции дейтонов — не превышали 10% от энергии, высвобождавшейся при вспышке.

Впоследствии были разработаны более эффективные методы поджига капель «звездного горючего» — водорода, например метод работы со встречными ионными потоками и т. д.

На рисунке показана термоядерная ТЭЦ, построенная по наиболее простой, можно даже сказать примитивной, схеме. На переднем плане видны башни-трубы высотой в несколько сот метров. Эти трубы сложены из ребристых блоков высокопрочной керамики. Они являются изоляторами-волноводами. Внутри трубы во много этажей — каскадов— размещаются электрические вентили (выпрямители). Снизу от мощных высокочастотных генераторов в трубы-волноводы направляется электромагнитная волна. Электрические вентили действуют подобно клапанам многоступенчатого (многокаскадного) насоса. Под действием электромагнитных волн на вершины башен-труб через вентили перекачиваются электрические заряды.

Между вершинами труб натянута сеть проводов. Они образуют высоковольтную обкладку электрического конденсатора. Его второй, низковольтной обкладкой служит сеть-противовес у поверхности земли. Изоляцией, в которой запасается электростатическая энергия, служит воздух.

Воздух, вообще говоря, относительно непрочный изоляционный материал. Конденсатор с хорошим твердым диэлектриком при одинаковой запасаемой энергии имеет во много раз меньший объем, чем воздушный конденсатор. Однако при напряжениях в миллионы вольт, требуемых для импульсной ускорительной трубки, суммарные затраты конструкционных материалов на воздушный конденсатор меньше, чем в конденсаторе с твердой изоляцией. Стоимость сверхвысоковольтного воздушного конденсатора определяется стоимостью его обкладок. Основной же изоляционный материал, воздух, объем которого измеряется кубическими километрами, ничего не стоит.

При потенциале в десятки миллионов вольт запас энергии в электрическом поле сети, натянутой на вершинах труб-волноводов, составляет десятки тысяч киловатт-секунд. Сеть медно-стальных

XXI ВЕКА

проводов над волноводами-изоляторами становится мощнее грозовой тучи. К средней части сети снизу от земли поднимается импульсная разрядная трубка.

Если разрядить сеть в течение миллионной доли секунды, то мгновенная мощность будет равняться миллиардам киловатт. Такой мощности может иногда достигать и разряд молнии, но длина канала молнии составляет много сотен метров, и мощность, приходящаяся на единицу объема, не так уж велика.

Но заряд, направляемый из высоковольтной сети через импульсную разрядную трубку, по мере продвижения вдоль трубки не расходует, а, наоборот, непрерывно наращивает свою энергию. Разрядная трубка организует, упорядочивает такой разряд.

Величина электрического заряда, протекающего за один импульс, равна всего лишь нескольким кулонам (заряд, как известно, равен произведению потенциала на емкость запасителя — в нашем случае высоковольтной сети, натянутой на вершинах башен волноводов). Чтобы перенести этот заряд, достаточно нескольких сотых миллиграмма водородных ионов. Это вес доли булавочной головки. Задача в том, чтобы и объем этой порции заряженных частиц был достаточно мал.

В ускорительных трубках первой половины XX века, которые применялись в физических лабораториях для исследования ядерных реакций, кпд часто бывал меньше одного процента. Из всего количества заряженных частиц, впрыснутых в начале цикла ускорения в трубку, к концу приходила меньше чем одна сотая часть.

В разрядной трубке первой термоядерной централи было полностью исключено рассеивание ускоряемых частиц в пути и была достигнута очень острая фокусировка (поперечное стягивание) потока частиц: сечение потока получалось меньше 0,1 кв. мм.

После ускорения потока (луча) заряженных частиц производилось еще продольное стягивание — группировка этого потока. После того как заряженные частицы проходили через все ускоряющие электроды, они попадали в так называемую дрейфовую трубу. Здесь и происходила группировка потока. Этот эффект достигался следующим образом: для питания разрядной трубки применялась схема, при помощи которой на ускорительную трубку подавался импульс напряжения такой формы, что к концу периода разряда в трубке действовало более высокое напряжение, чем в начале разряда. Заряженные частицы, ускоренные в конце разрядного периода, получали большую скорость, нежели частицы, ускоренные в начале его. Поэтому в дрейфовой трубеь которая представ

ляла собой простую металлическую трубу с высоким вакуумом, частицы, вылетевшие позже, догоняли те частицы, которые вылетели ранее. Длина дрейфовой трубки и форма импульса напряжения на разрядной трубке были так подобраны, что в точку встречи рее заряженные частицы приходили почти одновременно.

Если весь период ускорения мог продолжаться несколько микросекунд, то время встречи, время прибытия всех ионов в мишень, занимало ничтожные доли одной микросекунды.

Встреча (группировка) всей порции ускоренных заряженных частиц проис-г ходила в центре реакционной камеры, установленной глубоко под землей. Реакционная камера представляла собой шаровую полость с диаметром в несколько десятков метров (объемом в несколько десятков тысяч кубических метров).

К моменту прибытия i. центр реакционной камеры порции заряженных частиц туда же доставлялась и порция водородного горючего в виде небольшой таблетки объемом менее одной десятой кубического сантиметра.

Когда поток ускоренных заряженных частиц входил в водородный заряд, температура в его центре поднималась до многих миллионов градусов, вспыхивала термоядерная реакция и, прежде чем таблетка успевала разлететься, часть ее успевала «сгореть» — превратиться в гелий.

В центре реакционной камеры происходил взрыв микроводородной «бомбы». Раскаленные ионизированные газы летели от центра по радиусам во все стороны.

Для превращения их кинетической энергии в энергию электрического тока применялся ионоконвекционный принцип. На холодильной решетке, охватывающей реакционное пространство, происходило разделение зарядов ионизированного газа. Ионы одного знака оседали на решетке, а ионы другого знака пролетали далее, отдавая свой заряд стенкам камеры.

Часть энергии выделялась в виде тепла и шла на образование пара высокого давления.

Мы надеемся, что наша станция будет небезинтересна для любителей истории техники.

— ЧТО-ТО НАПРЯЖЕНИЕ УПАЛО... - ТЕПЕРЬ ВСЕ В ПОРЯДКЕ.