Магнитный термоядерный реактор

            МАГНИТНЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

                                                                 А.Д. Сахаров           Воспоминания, гл.9. «Наука и жизнь». 1991 г.. № 1. с. 4-6

                              


   К первым объектовским годам (1950-1951) относится наша совместная с Игорем Евгеньевичем Таммом работа по проблеме управляемой термоядерной реакции.

   ... В начале августа 1950 года из Москвы вернулся Игорь Евгеньевич — кажется, ему был предоставлен кратковременный отпуск. Он с огромным интересом отнесся к моим размышлениям — все дальнейшее развитие идеи магнитной термоизоляции осуществлялось нами совместно. Вклад И. Е. был особенно велик во всех расчетах и оценках и в рассмотрении основных физических концепций — магнитного дрейфа, магнитных поверхностей и некоторых других. Первоначально я предложил назвать нашу тему ТТР (тороидальный термоядерный реактор), но И. Е. придумал более общее и удачное название МТР (магнитный термоядерный реактор); это название привилось, оно применяется и к другим схемам с магнитной термоизоляцией.

   ...В наших первых предложениях мы рассматривали две возможности создания циркулярного тока — при помощи специального кольца с током, расположенного внутри реакторного объема, и при помощи индукционного тока, текущего непосредственно по плазме и созданного импульсными токами в расположенных вне тороидального объема дополнительных циркулярных обмотках. Эта последняя система наиболее близка к системе «Токамак», которая сейчас (1982 г.) представляется одной из наиболее перспективных во всей проблеме управляемой термоядерной реакции. Мы написали отчет-предложение и, что тогда было важнее, рассказали о наших идеях И. В. Курчатову.

   ... В начале 1951 г. (или в конце 1950-го) на объект прибыла комиссия для рассмотрения наших предложений. В комиссию входили Лев Андреевич Арцимович и Михаил Александрович Леонтович, впоследствии возглавившие работы по МТР. Председателем был Арцимович. И.Е. и я сделали серию  докладов, в которых, кроме вышеизложенного, осветили и другие вопросы — первые оценки эффективности системы, если «все получится»; при этом рассматривались системы как с чистым дейтерием, так и со смесью дейтерия с тритием (которые представляются более реальными), пристеночные эффекты и многое другое.

   ... Важное мое предложение об использовании нейтронов термоядерного реактора для целей бридинга — т. е. для производства при захвате нейтронов урана-233 из тория-232 и плутония-239 из природного урана-238 — вероятно, было сформулировано несколько позже приезда комиссии. Так как выделение энергии на один акт реакции при процессе деления гораздо больше, чем при процессе синтеза, экономические и технические возможности такого комбинированного двухступенчатого производства энергии оказываются выше, чем при получении энергии непосредственно в термоядерном реакторе. Делящиеся материалы производятся при этом в МТР и затем сжигаются в атомных реакторах сравнительно простой конструкции, более простых, чем реакторы на быстрых нейтронах, в которых к тому же накопление делящихся материалов происходит сравнительно медленно.

   ... Может быть, я упоминал об этом предложении, но оно не привлекло внимания. Главное внимание при обсуждении было посвящено вопросу о так называемых плазменных неустойчивостях (подробней о них — ниже). Именно ими определяется принципиальная осуществимость МТР. Мы с И. Е. знали об этом кое-что и, конечно, опасались их влияния, но надеялись, что в достаточно больших системах и за достаточно малое время (например, в импульсных термоядерных реакторах) они не скажутся в той мере, чтобы сделать невозможным осуществление МТР. Существовавшие в то время теории турбулентной плазменной диффузии в магнитном поле давали очень большие значения коэффициента теплоотвода (хотя и меньше, чем в отсутствие магнитного поля). Если бы эти теории были справедливы и применимы к МТР, то МТР был бы практически невозможен или очень сложен и громоздок в осуществлении и не экономичен.

   Но мы не знали об этом летом 1950 года. А когда Арцимович рассказал нам про эти теории, то и мы. и он уже видели перед собой большие перспективы и не хотели отступать без борьбы. Повторилась почти точно (внешне) ситуация, отраженная в известной притче Эйнштейна — как совершаются изобретения. Сначала все специалисты говорят, что это невозможно, и приводят веские аргументы. Потом появляется невежда, который всего этого не знает, и он-то и делает изобретение. Не следует все же понимать эту притчу слишком буквально; «невежда» должен быть на уровне современных научных знаний и еще обладать рядом качеств — иначе ничего не получится; лучше же всего, если он знает о трудностях, но обладает интуицией, чтобы их не бояться даже и тогда, когда еще не может обосновать свою правоту строго логически.

   ... В какой-то мере у нас была именно эта ситуация. Но главная особенность истории разработки МТР была в том, что неустойчивости действительно чрезвычайно опасны и их очень много различных типов, о которых никто тогда не подозревал. Неустойчивости простейшего типа — так называемые гидродинамические, т.е. такие, в которых плазму можно трактовать мак-

роскопически как непрерывную среду. Они же оказались самыми «вредными». Пример гидродинамической неустойчивости — образование «перетяжки» на плазменном шнуре, по которому течет ток. Ток создает вокруг шнура циркулярное магнитное поле, сжимающее шнур своим давлением, р = Н*/6п. Напряженность поля Я обратно пропорциональна радиусу, поэтому в точке «перетяжки» поле и его давление больше, что приводит к еще большему углублению перетяжки. Это и есть неустойчивость — случайно возникшая самая неглубокая перетяжка за короткое время углубляется настолько, что шнур в этом месте «рвется».

   ... Экспериментаторы ЛИПАНа (Лаборатории измерительных приборов АН СССР) наткнулись на это явление при самых драматических обстоятельствах. Они производили опыты с дейтериевой плазмой, создавая мощные импульсные разряды. Как и следовало ожидать, плазменный шнур сжимался магнитным полем. Предполагалось, что при этом сильно возрастают давление, плотность и температура внутри шнура. По оценкам в их экспериментах не должно было наблюдаться никаких нейтронов от ядерной реакции, но на всякий случай у них была аппаратура для их регистрации. И вдруг эта аппаратура показала образование некоторого (небольшого) количества нейтронов в момент импульса. Возникла ослепительная надежда, что почему-то температура и плотность плазмы оказываются выше, чем по расчетам, и происходит термоядерная реакция! Было от чего закружиться голове.

   К счастью, у Арцимовича, Леонтовича и большинства экспериментаторов и теоретиков ЛИПАНа головы не закружились. Арцимович высказал гипотезу, впоследствии подтвердившуюся, что в этих опытах имеет место разрыв плазменного шнура в результате «перетяжечной» неустойчивости, а так как по шнуру течет электрический ток большой силы, то в точке разрыва возникает электрическое поле. Электрическое поле ускоряет ядра, находящиеся в точке разрыва, и они взаимодействуют с другими ядрами. То есть происходит то же. что в обычной ускорительной трубке. Ядерная реакция действительно имеет место, но это не термоядерная реакция! В дальнейших экспериментах пытались увеличить наблюдаемый эффект, применяя импульсные токи большей величины. Если бы мы имели дело с термоядерной реакцией, то можно было бы ожидать резкого увеличения выхода нейтронов. Но ничего подобного не наблюдается. Это была просто ускорительная трубка, причем плохая. Сенсация развеялась, но, конечно, само явление было очень интересным.

   ... История с «фальшивыми» нейтронами получила некоторое отражение в фильме режиссера Михаила Ромма «Девять дней одного года», вышедшем на экраны в 60-х годах; недавно его вновь показывали по телевизору. Игорь Евгеньевич рассказывал мне тогда некоторые подробности его предыстории. Первоначально Ромм обратился за материалами для будущего фильма к профессору Василию Семеновичу Емельянову, тогда начальнику Управления по мирному использованию атомной энергии. (Емельянов — старый большевик, автор нескольких книг воспоминаний; в 60-е годы он выступил в «Правде» с резкими нападками на писателя Виктора Некрасова за умаление роли рабочего класса, тоже в связи с кино.)

   ... Емельянов направил Ромма к И.Е.. С Игорем Евгеньевичем Ромм разговаривал несколько раз. Тема была — история МТР. Герой фильма -Гусев — имеет имя и отчество, напоминающие мои — Дмитрий Андреевич, но он экспериментатор; отец его живет в деревне (воплощает народную мудрость). Ромм пытался в своем фильме показать изнутри жизнь научно-исследовательского ядерного института, пафос и психологию работы над мирной (и — за кулисами — немирной) термоядерной тематикой. Мне первоначально фильм скорее понравился; теперь мне кажется, что его портит слишком большая «условность» большинства ситуаций. Для самого Ромма фильм явился как бы переходной ступенью от «Ленина в Октябре» к замечательному и волнующему «Обыкновенному фашизму». Центральный эпизод в фильме — облучение Гусева нейтронами от экспериментальной термоядерной установки. На самом деле до такой опасности и до сих пор очень далеко!

    ... В 1950 году мы надеялись осуществить МТР за 10, максимум — за 15 лет. (Я говорю о нас с Игорем Евгеньевичем и более горячих головах из числа ЛИПАНовцев; Арцимович и Леонтович были настроены осторожней.) Сейчас позади 32 года напряженной работы многих сотен талантливых людей во всех развитых странах мира. Проведены многочисленные эксперименты в самых разнообразных условиях, многочисленные, часто очень тонкие и глубокие теоретические исследования. И только сейчас, по-видимому, поведение плазмы в неоднородных магнитных полях и поведение систем типа Токамак изучены в той мере, которая дает обоснованную, а не интуитивную надежду на осуществимость этих систем. Но абсолютно достоверный ответ будет получен лишь в ходе демонстрационного эксперимента, надо надеяться — в этом десятилетии!

    На основании доклада комиссии было принято постановление Совета Министров (см. с. 396), согласно которому разработка проблемы МТР поручалась ЛИПАНу. Ответственный руководитель — Л.А. Арцимович. Руководитель теоретических работ — М.А. Леонтович. Авторы предложения Тамм и Сахаров привлекались в качестве постоянных консультантов. (Подразумевалось, что основной нашей задачей, за которую мы отвечаем, является по-прежнему разработка термоядерного заряда.)

    Во всех дальнейших работах роль Арцимовича и Леонтовича была очень большой. Арцимович уже имел опыт в плазменных явлениях, который он приобрел, занимаясь электромагнитными методами разделения изотопов. Но гораздо важней был его высокий общефизический уровень, прекрасное владение экспериментальной техникой и теорией, острый, скептический и одновременно деловой ум.

    ... Очень существенна заслуга Арцимовича в выборе Токамака как основного направления исследований. Что касается Леонтовича, то лучшего руководителя теоретических работ найти было нельзя. Он мало верил в конечный успех, но делал максимум возможного для его приближения. Отношение его к сотрудникам было требовательным, отеческим и самоотверженным. Огромные успехи в теоретической физике плазмы в МТР без него были бы невозможны.

                         


                                                       А.Д. Сахаров Воспоминания, гл.9. «Наука и жизнь». 1991 г.. № 1. с. 4-6

Еще - Андрей Дмитриевич Сахаров

Сахаров о Тамме
Сахаров о Померанчук
Сахаров о Зельдовиче

Еще - 1950

Соревнование, кто дальше плюнет – с академиком

Другие статьи

Мелочи "Мелюзги"
Пагуошское движение
Заря КСП
Звёздный путь
КСП МИФИ 80-х
Самиздат "Зеркало-5"
Кофе
12 стульев на КИВах
1987 Экспедиция альпклуба МИФИ на пик Корженевской
Тайна прочтения "Двенадцати"
История СОЛ Волга
Милитари 3
Показать еще

Тест
/