Техника - молодёжи 1986-03, страница 12

АТОМЫ РАССКАЗЫВАЮТ О ПЛАЗМЕ

Михаил ПЕТРОВ,

доктор физико-математических наук, лауреат Государственных премий СССР

Многим читателям наверняка известны слова «управляемый термоядерный синтез» (УТС). «Приручение» этого сложнейшего процесса является делом чрезвычайной важности. Ведь если его поставить на службу человечеству, то можно будет получать практически неиссякаемое количество энергии.

УТС проходит только в достаточно плотной водородной плазме, нагретой до температуры в десятки миллионов градусов. В ней-то и происходят интенсивные реакции синтеза — слияние ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) с образованием гелия и выделением огромного количества энергии. Если, например, в термоядерных установках типа «Токамак» нагретую до десятков миллионов градусов плазму удерживать в таком состоянии достаточно долгое время (порядка секунды), то произойдет «зажигание» топлива, которое перейдет в самоподдерживающееся «горение». Другими словами, будет осуществляться синтез ядер. Количество выделяемой при этом энергии превысит ее затраты на получение и удержание плазмы.

Термоядерные реакторы могут обеспечить человечеству практически неисчерпаемый источник энергии, так как запасы изотопов водорода на Земле огромны. В «Тока-маках» уже получена плазма с параметрами, близкими к условиям «зажигания топлива». И у ученых есть серьезные основания полагать, что в новом поколении больших термоядерных установок, которые только что сооружены или вскоре войдут в строй в СССР, США, Японии, Англии, к концу 80-х годов будет получено самоподдерживающееся термоядерное «горение». Таким образом, физическая основа для создания опытно-промышленного реактора уже есть.

Но для того чтобы добиться осуществления УТС, мало построить термоядерные установки. Надо еше разработать совокупность методов определения параметров плазмы. Таких, например, как ее температу

ра, плотность, время удержания в реакторе. Решение этих важных задач легло в основу самостоятельного направления в физике плазмы, которое получило название «диагностика плазмы». И такой подход к проблеме вполне оправдан. Процессы, проходящие в плазме, имеют столь сложную и многообразную природу, что ее «поведение» в исследовательских установках часто действительно напоминает живой организм, требующий медицинского диагноза.

Все методы диагностики должны удовлетворять одному главному требованию — не возмущать изучаемую плазму. Разумеется, в нее нельзя поместить приборы, так как ни один из них не выдержит температуру в миллионы градусов.

Поэтому современная диагностика основана на анализе различного рода излучения горячей плазмы приборами, расположенными вне ее. Для этого используется в первую очередь излучение, испускаемое естественным путем, то есть без вмешательства экспериментатора. Известно немало диагностических методов. Например, основанных на анализе рентгеновского излучения, на регистрации света в различных диапазонах длин волн и т. п. Все они относятся к так называемой пассивной диагностике плазмы. Можно также инжектировать в плазму извне потоки излучений и частиц и изучать вторичное, стимулированное инжекцией излучение, которое испускает при этом плазма.

Такой подход лежит в основе активной диагностики.

В последнее время все большую роль в исследовании плазмы играет пассивная и активная диагностика по нейтральным атомам водорода. Ее еще называют «корпускулярная диагностика». Это направление зародилось и интенсивно развивается в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе АН СССР в Ленинграде вот уже 25 лет. Дело в том, что в горячей водородной плазме наряду с ионами водорода и электронами, оторванными от них, всегда существует небольшая фракция нейтральных атомов. Их доля очень невелика — от одной миллионной до одной десятимиллионной от общего количества частиц.

Суть процессов, которые ведут к образованию атомов в плазме, заключается в следующем. Во-первых, газообразный водород, окружающий плазму, которую удерживает сильное магнитное поле, захватывается ею. Молекулы сверхлегкого газа при этом распадаются на атомы. Часть их ионизуется, и они сами превращаются в плазму. Другие отдают электроны ионам плазмы за счет процесса, который называется перезарядкой. При этом быстрый ион плазмы становится быстрым атомом, сохраняя свою энергию, а медленный атом, поступивший с поверхности плазмы, становится медленным ионом. Быстрые атомы, на которые магнитное поле не действует, свободно

10