Техника - молодёжи 1987-04, страница 41

— Составлен эскизный проект и проведен анализ его основных узлов. В связи с получением ряда новых результатов в рабочую группу специалистов СССР, США, Японии, а также Евратома—организации западноевропейских стран «Общего рынка» — поступили различные предложения по усовершенствованию конструкции реактора. На встречах с президентами Франции и США Генеральный секретарь ЦК КПСС тов. М. С. Горбачев предложил активизировать международное сотрудничество в области УТС. Сейчас ведутся переговоры о создании на международной основе экспериментального термоядерного реактора МТР. Проект такого реактора предполагается разработать к 1990 году. Разумеется, он обойдется недешево. Но при совместном участии затраты стран будут примерно вдвое-втрое меньше, нежели при строительстве в одиночку.

Игорь КУРЧАТОВ,

академик,

трижды Герой Социалистического Труда

Среди важнейших проблем современной техники особое место по своему значению занимает проблема энергетического использования термоядерных реакций.

Исследования в этой области ведутся под руководством академика Л. А. Ар-цимовича в нашем институте. Руководящая роль в разработке теоретических вопросов принадлежит академику М. А. Леонтовичу...

Представление об условиях, необходимых для экспериментального обнаружения термоядерных реакций, можно получить, рассматривая конкретные примеры. При плотности вещества, соответствующей в нормальных условиях твердому телу, для получения одного нейтрона в секунду в 1 г дейтерия требуется температура около 2 • 10⁵ град. В сильно разреженном газе при концентрации атомов порядка 10¹³ для получения такого же эффекта от 1 г дейтерия необходимо создать температуру около 5 • 10⁵ град, в объеме 30 000 м ...

Запас энергии, который должен быть сосредоточен в плазме, для того чтобы ее температура поднялась до значений, при которых термоядерные реакции станут достаточно интенсивными, относительно невелик. При температуре 10⁶ град, тепловая энергия, аккумулированная в 1 г дейтерия, составляет всего лишь несколько киловатт-часов. Примерно столько же энергии требуется, чтобы вскипятить воду в самоваре.

Поэтому если изобрести такой метод нагревания плазмы, который практически сведет к нулю тепловые потери, то можно даже при помощи сравнительно маломощного источника энергии вызвать возникновение интенсивных термоядер-

— Напоследок хотелось бы узнать о ближайших перспективах осуществления УТС на установках типа «Токамак».

— Экспериментальные реакторы, вероятно, построят к концу нашего века. На первых порах они будут действовать в прерывистом режиме: 10—15 мин работы (внешний источник энергии нужен лишь для зажигания плазмы на 10— 15 е.), затем полуминутный перерыв. И так много раз подряд. Это, конечно, неудобно, но добиться непрерывного горения плазмы значительно труднее. И с этим некоторое время, видимо, придется мириться. Что касается промышленных термоядерных электростанций, то они вряд ли появятся раньше 2015 года, поскольку на разработку и создание экспериментального реактора, а также на проведение на нем исследований потребуется не менее 10—15 лет.

ных реакций. Главная трудность, однако, состоит в том, чтобы исключить тепловые потери, очень быстро растущие с повышением температуры, так как теплопроводность плазмы пропорциональна Т⁵/². При нагревании вещества всего лишь до нескольких десятков тысяч градусов эти потери в случае отсутствия термоизоляции становятся настолько большими, что дальнейшее повышение температуры оказывается невозможным.

При нагревании вещества с большой плотностью появляется еще одно серьезное препятствие: нужно как-то преодолевать огромные механические силы, которые возникают из-за повышения давления с температурой. Пытаясь нагреть твердый или жидкий дейтерий, мы обнаруживаем, что уже при Т= 10⁵ град, давление превышает миллион атмосфер. Поэтому в веществе с большой плотностью термоядерную реакцию можно возбудить только на очень короткий промежуток времени, и такой процесс всегда будет носить характер взрыва (быть может, впрочем, и неопасного) или кратковременной пульсации.

Обсуждая различные пути решения задачи о генерации контролируемых термоядерных реакций большой интенсивности, мы обнаруживаем перед собой очень широкий горизонт различных направлений, по которым можно пойти, пытаясь решить эту задачу.

На одном краю этого горизонта научных исследований лежат направления, связанные с разработкой методов получения стационарных термоядерных реакций, на другом — путь, основанный на идее о мгновенном повышении температуры при импульсных процессах очень малой длительности. Однако при любом выборе направления исследований мы всегда встречаемся с одним и тем же вопросом: как изолировать плазму, нагретую до очень высокой температуры, от стенок сосуда, в котором она заключена.

Другими словами, как удержать в плазме быстрые частицы в течение такого промежутка времени, чтобы у них появились заметные шансы прореагировать...

Одна из идей, возникающих в связи с этим вопросом, заключается в том, чтобы использовать для термоизоляции плазмы магнитное поле. Впервые на это в 1950 году указал академик Тамм с учениками. В достаточно сильном магнитном поле электроны и ионы могут свободно передвигаться только вдоль силовых линий. В плоскости, перпендикулярной к линиям поля, движение частиц будет происходить по окружностям малого радиуса. Центры этих окружностей могут перемещаться только за счет столкновений и при каждом столкновении — лишь на расстояние порядка радиуса кривизны траектории частицы. Если радиус кривизны траектории мал по сравнению с длиной свободного пробега, то диффузия частиц и теплопроводность плазмы в плоскости, перпендикулярной к магнитному полю, будут резко уменьшены. Теория процесса в полностью ионизированной плазме показывает, что при больших значениях напряженности поля Н и высоких температурах коэффициент поперечной теплопроводности обратно пропорционален Н и снижается на много порядков величины по сравнению с тем численным значением, которое он имеет в отсутствие магнитного поля. В этих условиях нужно, однако, считаться с потерями энергии на излучение.

Магнитное поле, необходимое для термоизоляции, можно создать, пропуская через плазму электрический ток достаточно большой величины. При прохождении тока будет происходить также и нагревание плазмы за счет джоулевых потерь и работы электродинамических сил. Эти соображения послужили основанием для развития теоретических и экспериментальных исследований физических процессов, происходящих в плазме, когда через нее проходит сильный электрический ток...

Мы рассмотрели некоторые черты явлений, обнаруженных при исследовании мощных импульсных разрядов в газах с малой плотностью. Перспективы дальнейшей работы в этом направлении в значительной мере зависят от того, удастся ли создать условия, при которых плазменный шнур будет испытывать во время увеличения тока многократные колебания, не касаясь стенок. Однако есть серьезные сомнения в том, что это удастся сделать.

Оценивая перспективы различных направлений, которые могут привести к решению задачи получения термоядерных реакций большой интенсивности, мы не можем сейчас полностью исключить дальнейшие попытки достигнуть этой цели путем использования импульсных разрядов. Вместе с тем мы должны тщательно изучить и другие варианты решения задачи. Значительный интерес среди них представляют те, в которых могут быть использованы стационарные процессы.

...И 30 ЛЕТ НАЗАД

39