Атомный век Игоря Курчатова

Значит, пусть он и ведёт самостоятельный сектор исследований по управляемому термояду с дальнейшими перспективами на собственный институт. Например, на установке «Огра». Но держать его дальше в первых замах нельзя. А на его место встанет Александров. Умница не меньший и при этом в безусловной своей надёжности сомнений не вызывающий…

Значит, строим токамак! Первоначально ТоКаМаг – Тороидальная Камера Магнитная. Аббревиатуру предложил Головин, а последнюю буковку изменили во избежание мистических аллюзий.

Идея устройства исходила от Сахарова с Таммом, которые в свою очередь «подпитались» от мыслей Лаврентьева. Только, в отличие от того, они предложили удерживать плазму не электрическим, а тем самым магнитным полем.

Это выглядело обещающе не только с точки зрения управления плазмой. Тороидальное магнитное поле служит также квазистенками камеры, которую, естественно, нельзя собрать ни из каких металлов или других конструкционных материалов. Самый огнеупорный, графит, начинает испаряться при температуре меньше 4000 градусов. Какие уж тут миллионы…

И.В. Курчатов и А.П. Александров с сотрудниками. Конец 1950‐х гг.

[НИЦ «Курчатовский институт»]

Первоначальную модель усложнили: по шнуру плазмы должно «работать» тороидальное поле электрического тока, который обеспечивает разогрев плазмы и равновесие плазменного шнура в вакуумной камере. Собственно, это и есть главная особенность токамаков – сочетание и взаимодействие внешнего и внутреннего электромагнитных полей.

Первый токамак под техническим руководством Головина был построен в 1954 году. И он действительно решил проблему стабильности плазмы. Но лишь в общем смысле. Потому что дальше вступала в действие сама природа.

Плазма – это ионизированный газ. То есть такой, где даже нейтральный по природе атом дейтерия «раздет» и разделён на положительное по заряду ядро (протон плюс нейтрон) и отрицательный электрон. Из-за этого сама плазма создаёт вокруг себя электромагнитные поля, описываемые сложной теорией магнитной гидродинамики. Соответственно, под действием разнонаправленных внешних и внутренних сил плазма становится неустойчивой, выходит из-под контроля. Появляется, например, дрейф частиц плазмы – снос их к стенкам реактора.

Токамак T-1.

[НИЦ «Курчатовский институт»]

Значит, требуется новая теория для понимания механизмов возникновения неустойчивостей. А к ней – необходимые исследования и эксперименты для наработки механизмов стабилизации плазмы. Требуется создание специальной аппаратуры для реализации таких механизмов. А это, понятно, – время и деньги.

Следующий фактор неопределённости – высокие температуры. Как ни защищай внешние стенки реактора, но запредельный жар на них воздействует. Аналогично тому, как солнечное излучение даже через вакуум нагревает борта космических аппаратов.

А далее создатели токамаков получили нового врага – пыль от разрушающихся материалов этих самых стенок реактора. Откуда она берётся? Оказывается, от освобождаемых в процессе термоядерного синтеза нейтронов, которые электромагнитного поля не боятся и, попадая в стенки реактора, охрупчивают их. Да и тот же дрейф плазмы сохранности стенок никак не способствует.

Ну и, наконец, сам принцип токамаков, которые используют очень сильные магнитные поля для удержания плазмы, приводит к массе технических трудностей. Для мощных полей нужны магниты на сверхпроводниках. А сверхпроводимость – плод очень низких температур. Под абсолютный ноль.

Даже открытое в 1986 году явление высокотемпературной сверхпроводимости в керамическом соединении La_2‐xBa_xCuO₄ имело место при критической температуре 35 градусов Кельвина, то есть минус 238 градусов по Цельсию. Лишь в наши дни учёные подбираются к сверхпроводимости при комнатной температуре, но и тут обычно дело идёт о крайне экзотических и потому крайне дорогих соединениях. Помещаемых к тому же под крайне экзотические величины давления, сравнимого с тем, что господствует в центре Земли.

Так или иначе, хозяйство это очень хлопотное, требующее неуклонного поддержания нужных температур и прецизионного обслуживания хрупких сверхпроводящих материалов, в которых из-за сильных магнитных полей возникают механические напряжения.

Разумеется, при жизни Курчатова представления о масштабе будущих проблем никто ещё не имел. Включая и самого Игоря Васильевича. Вряд ли он мог предположить в годы и общего, и своего личного радостного энтузиазма по поводу скорого овладения управляемой термоядерной энергией, что 13 стран-участниц из самых научно развитых в мире будут строить экспериментальный реактор на базе токамака в течение 40 лет! И конца этой стройке не будет видно и в 2020‐х годах – несмотря на то что токамаки стали самым отработанным и наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.