Техника - молодёжи 1990-11, страница 15

считывали довести температуру плазмы до 100 млн. градусов. В ходе ее создания возникали новые трудности, для их преодоления выдвигались новые блестящие идеи, но увы — когда стелла-ратор С был построен, оказалось, что температура плазмы в нем едва достигала четырех млн. градусов. А уже известный нам по предыдущей статье критерий Лоусона, то есть произведение плотности плазмы п на время ее удержания т, равнялся здесь всего 2 • 10¹⁶ с/м³, что ровно на четыре порядка меньше, чем требуется для зажигания реакции.

Разочарование было так велико, что к 1969 году американцы отказались от реализации этапа D (стелларатора-реактора), а несчастную модель С вскоре переделали в свой первый тока-мак ST. И напрасно! Уже перед реконструкцией была исследована конфигурация магнитных поверхностей в тороидальной камере стелларатора. Они оказались деформированными из-за внешних возмущений. Тут бы устранить эти возмущения, добиться регулярности поля, но поздно. В руководстве государственной программой сработала своя административно-командная система, решение в Вашингтоне было принято: нужно догонять русских с их токамаками.

ПРИЗНАКИ ВОЗРОЖДЕНИЯ

Между тем именно в СССР, прежде всего в ФИАНе (Москва), а затем в ХФТИ (Харьков) взяли брошенного младенца на воспитание, даже не потребовав алиментов. Еще в 1964 году в ФИАНе был запущен самодельный, буквально «самиздатовский» стелла-ратор Л-1 с малым радиусом тороида г всего 5 см. Потом появились ТОР-1 и (в ХФТИ) «Сириус». На них удалось убедительно показать способность стелларатора устойчиво держать плазму, но сама она была еще довольно прохладной, с температурой ионов не более 0,3 млн. градусов. Правда, это объяснялось просто тем, что пока не было источников дополнительного ее нагрева.

Стеллараторные установки были построены также в ФРГ, Англии, Франции, Японии. И все же бытовало мнение (до конца не⁴ изжитое и сегодня), что по конструкции они весьма сложны, их винтовой соленоид труден для изготовления, особенно в реакторном варианте. Вот почему стеллараторные программы и в СССР, и во всем мире до сих пор отстают от развития токамаков.

Между тем еще в 1965 году в ФИАНе была предложена более простая система обмоток, сочетающих свойства- соленоидов продольного и винтового полей. Круглые катушки продольного поля деформируются в эллипсы, либо в слегка сглаженные треугольники, причем каждая следующая вдоль оси тороида катушка проворачивается на определенный угол.

Рис. 3. Модульный соленоид из твист-катушек стелларатора W-7AS (ФРГ).

iXLW.r-.

За счет этого одновременно формируется поле обоих видов (так называемая модульная система). Для ее отработки был изготовлен прямолинейный модульный соленоид. Теоретический расчет показывал, что новая система должна иметь все свойства стеллараторного магнитного поля. На установке ТОР-2, сооруженной в ФИАНе (опять самоделка!), предсказание экспериментально подтвердилось в опытах с,плазмой.

В дальнейшем профилированные катушки были усовершенствованы специалистами термоядерного центра в Гархинге под Мюнхеном (ФРГ) Если до тех пор катушки были плоскими, то теперь их изогнули в форме неполной восьмерки (так называемые твист-катушки). Это увеличило скорость проворачивания силовых линий магнитной поверхности, а значит, в конечном счете и способность удержания горячей плазмы. Стелларатор W-7AS, форма обмоток которого показана на рис. 3, был запущен в 1988 году. При своих скромных размерах (большой радиус тора R = 2 м, г = 0,2 м) он дал вполне обнадеживающие результаты: плотность плазмы п (число частиц в единице объема) = 3 • 10¹⁹ м"³, температура электронов — 28 млн. градусов. Имея размеры того же порядка,

что и советский токамак Т-3 (1968 г.), W-7AS по температуре значительно превосходит его.

Одновременно совершенствование стелларатора шло и по другому пути. В отличие от описанных выше модульных систем, где роль винтовых обмоток берут на себя катушки продольного поля, в Харькове предложили соленоид, наоборот, из одной винтовой обмотки. Важное свойство этой системы, названной торсатроном,— практически бессиловой, то есть не деформируемый полем соленоид.

Так стеллараторный мир разделился на два лагеря в зависимости от магнитных систем. Модульный соленоид с твист-катушками W-7AS построен в ФРГ, там же проектируется аналогичная установка W-7X. В остальных исследовательских центрах предпочли торсатронный вариант. Эту же систему выбрали и в США, когда там в 1988 году была возрождена стеллара-торная программа. Почти два года работает американский торсатрон ATF, на котором достигнуты вполне подходящие результаты: плотность плазмы — 3 - 10¹⁹ м"³, 10 мс и 8 млн. град, соответственно. Таким образом, для зажигания реакции критерий Лоусона предстоит повысить на два порядка, а температуру — примерно на порядок.

13