О. Какого именно?
П. Сами ионы дейтерия могли быть ускорены под действием приложенной разницы потенциалов и соударяться с ионами дейтерия, прилипшими к стенкам камеры или к электродам. Тогда нейтроны не результат термоядерной реакции, то есть общего разогрева плазмы, а следствие процесса ускорения.
О. Да, но тогда источники нейтронов располагались бы вблизи электродов, как это бывает в обычном процессе ускорения, а не оказались бы равномерно распределенными по всему объему.
П. Это правильно, но давайте еще раз проверим на опыте.
Ставился очередной опыт, и он снова показывал, что источники нейтронов распределены по всему объему плазмы и часто вылетают из ее центра. Но пессимист не успокаивался.
П. Но ведь количество нейтронов, наблюдаемое нами, чересчур велико для тех температур, которые возникают в таком разряде!
О. Так это просто замечательно! Значит, будет проще осуществить термоядерный реактор!
П. А как быть с теорией, устанавливающей строгую зависимость образования нейтронов от температуры плазмы?
О. Теорию придется подправить. Ведь мы обнаружили, что ускорительного процесса нет!
Под "давлением" пессимистов вновь один за другим ставились опыты. Оказалось, что победили сомнения пессимиста. Нейтроны возникали действительно в результате ускорительного процесса, но не совсем обычного.
Чем же было вызвано появление большого количества нейтронов при сравнительно низких температурах плазмы?
Обнаружилось, что плазменный шнур во время разряда подвержен целому ряду различных неустойчивостей. К примеру, он как будто внезапно перетягивался поперек сечения, являя собой очень тонкую нить. В момент появления такой перетяжки именно здесь возникал огромный осевой электрический потенциал, во много раз превышавший напряжение, приложенное к электродам цилиндра. Под действием этого потенциала и происходило ускорение отдельных ионов дейтерия и рождение нейтронов, которые, конечно же, не были термоядерными. Впоследствии их назвали нейтронами неустойчивости, или ложными.
Так, или приблизительно так, были сделаны первые шаги в освоении УТС на установках Института атомной энергии, где в 1952 году были зарегистрированы эти первые лженейтроны.
В тот же период подобные опыты по самосжатому разряду проводились в Англии.
В США для экспериментов в Лос-Аламосской лаборатории У. Так создал камеру в виде бублика-тора, заполненного газом. При разряде конденсаторной батареи через катушку, надетую на этот тор, внутри его индуцировался ток в десятки тысяч ампер.
Один из скептиков, услышавший, каких результатов хотят добиться с помощью этого устройства, назвал его в шутку "импоссиблитроном" (Impossiblytron), то есть невозможнотроном. Тогда У. Так, отвечая ему и желая отразить свой оптимизм в названии, нарек первую экспериментальную модель "перхэпсатроном"
(Perhapsatron), то есть возможнотроном. С таким названием эта установка и вошла в историю борьбы за управляемый термоядерный синтез.
Так первые идеи, первые эксперименты, первые радости и разочарования породили первые неожиданности.
Главной была неустойчивость - этот бич плазмы. Первая атака на нее оказалась неудачной. Но, как разведка боем, она вскрыла много уязвимых мест плазмы, прояснила много ранее туманных вопросов, стала трамплином для дальнейшего развития теории...
Как видите, всего несколько страничек заняло описание экспериментов по самосжатому разряду. На чтение этих живых воспоминаний читатель потратил минуты.
В жизни на это ушли годы раздумий теоретиков, дни и ночи работы экспериментаторов, инженеров, техников, рабочих. Академик Л. Арцимович, руководивший тогда исследованиями УТС, и его сотрудники за эти работы были удостоены Ленинской премии.
Начался новый этап борьбы за управляемый термоядерный синтез.
МЕДЛЕННО? НЕТ, БЫСТРО!
Самое прекрасное, что мы можем испытать, - эта ощущение тайны.
Она есть источник всякого подлинного искусства и всей науки.
Альберт Эйнштейн
Взорвав водородную бомбу, человек осуществил термоядерный синтез. Оставалось выполнять главную задачу в термоядерной проблеме - научиться управлять этим процессом, контролировать скорость термоядерного взрыва.
Чтобы взять его под контроль, можно идти двумя путями. С одним мы уже познакомились. Его идея - замедлить течение реакции, растянуть ее во времени.
По этому принципу и создаются устройства с магнитным удержанием плазмы. Такова наша установка Токамак. По замыслу его создателей в термоядерный реактор загружается топливо. С помощью внешних источников энергии оно разогревается и горит несколько минут, чтобы уступить место следующей порции топлива.
На протяжении всего времени горения плазма удерживается с помощью магнитных полей.
Но возможен и другой способ управления этим процессом. Суть его в том, что в реакторе осуществляются термоядерные взрывы гораздо меньшей мощности, нежели в водородной бомбе. В сущности, это микровзрывы. Важно, чтобы устройство, в котором они имеют место, во-первых, выдерживало эти микровзрывы, а во-вторых, "успевало" переводить их энергию в полезную энергию. Отсюда задача - найти способ мгновенного разогрева топлива до термоядерной температуры, и тогда оно взорвется. Затем, непрерывно осуществляя эти микровзрывы, переводить выделяющуюся энергию в удобные для нас формы.
Спрессованный свет
Для управления термоядерным процессом советские физики Н. Басов и О. Крохин в 1964 году предложили для разогрева плазмы использовать лазер.
Чтобы разобраться в сути их предложения, придется сначала ознакомиться с тем, как работает и какими свойствами обладает устройство, названное лазером.
Интересно, что о его прообразе писатели-фантасты заговорили несколько десятков лет назад. Вспомним хотя бы роман А. Толстого "Гиперболоид инженера Гарина".
Не предвидя, конечно, создания известного современному человечеству удивительного прибора, имеющего совершенно иное назначение, автор романа писал: "Первый удар луча гиперболоида пришелся по заводской трубе - она заколебалась, надломилась посередине и упала... Был виден завод, раскинувшийся на много километров. Половина зданий его пылала, как карточные домики. Луч бешено плясал среди этого разрушения".
Лазер называют еще квантовым генератором света.
Родился он в конце 50-х годов нашего века. Главная роль в создании этого источника светового излучения принадлежит советским ученым - Н. Басову, А. Прохорову и американцу Таунсу.
Чем же интересен этот источник света и каковы его особенности?
Одно из присущих ему замечательных качеств - мощность. Чтобы читатель получил о ней представление, воспользуемся таким примером нить обычной лампы накаливания станет испускать такой же яркости свет, как небольшой квантовый генератор, если ее температуру довести до 10 миллиардов градусов, то есть сделать в миллион раз горячее поверхности Солнца.
Несмотря на то что количество энергии, которое лазер "выстреливает" в импульсе, невелико, скажем 0,03- 0,05 ватт-часа, удельная мощность импульса может быть очень высокой - до 1017-1020 ватт в кубическом сантиметре. Для сравнения напомним, что в ядерных реакторах деления удельная мощность колеблется в пределах ог 10 до 1000 ватт в кубическом сантиметре, а в термоядерном - 100 ватт.
Другое замечательное качество лазера, или, точнее, светового излучения, создаваемого им, - это способность концентрировать энергию в фантастически малых объемах. Используя в лабораторных условиях относительно небольшую энергию, скажем равную одной килокалории, можно получить плотность энергии в кубическом сантиметре десять миллионов килокалорий, то есть в миллион раз больше той, какую можно достичь с применением самых эффективных современных взрывчатых веществ.
За счет чего достигается такая концентрация энергии?
Солнце, электрическая лампочка и другие источники излучают свет в виде независимых друг от друга разных по длине волн. Получается это потому, что испускающие свет атомы и электроны при нагревании движутся хаотически. Эти независимые, беспорядочно колеблющиеся волны света невозможно объединить в один узкий пучок. Этим объясняется расширение луча прожектора с расстоянием.
