Мирное использование термоядерного синтеза. "Токамаки"

Мирное использование термоядерного синтеза. "Токамаки"

В подготовленном Сахаровым совместно с И.Е. Таммом отчёте "Теория магнитного термоядерного реактора" (МТР), 1951 г.,[24] впервые предложена идея магнитной изоляции нагретой до миллионов градусов дейтериево-тритиевой плазмы ("магнитная ловушка", позже эта конструкция получила название "Токамак"). Ожидается, что при достижении плазмой достаточно высокой температуры, сталкивающиеся ядра преодолеют отталкивание их одноимённых электрических зарядов и приблизятся настолько, что начнётся процесс ядерного синтеза с соответствующим выделением энергии. Но в отличие от взрыва водородной бомбы здесь процесс будет постепенным, управляемым.

Эти работы Сахарова и Тамма признаются пионерскими. Дальнейшие исследования продолжались под руководством Л.А. Арцимовича, теоретические исследования возглавил М.А. Леонтович. Вот разговор И.В. Курчатова со своим заместителем, имя которого не названо, в новогодний вечер 31 декабря 1950 года:

"Заместитель: "Игорь Васильевич! МТР — ведь это величайшая проблема по освобождению внутриядерной энергии! Первую проблему Вы успешно решили. Никто уже не сомневается, что атомная электростанция будет работать за счёт деления урана. Сахаров поднял нас на решение второй, не менее величественной атомной проблемы двадцатого века — получения неисчерпаемой энергии путём сжигания океанской воды! Эта задача, решению которой не жаль отдать всю жизнь"…

Курчатов с присущей ему настойчивостью начал детально обсуждать, как можно получить плазму и нагреть её. С увлечением рассказал, как Сахаров предложил создавать плазму индукционным способом, надев на тороидальную камеру железный сердечник с первичной обмоткой…".[25]

Результаты Сахарова и Тамма о возможности удержания высокотемпературной плазмы в ограниченном объёме пространства с помощью магнитного поля были рассекречены и в 1956 г. доложены И.В. Курчатовым в Харуэлле, потом опубликованы в Трудах Первой Женевской конференции по мирному использованию ядерной энергии. И эта публикация стала откровением для исследователей всего мира. Вот как об этом писал в 1976 году Ганс А. Бете:

"В настоящее время перспективы представляются лучшими, чем когда-либо прежде; несколько лет назад русские экспериментаторы изобрели установку, называемую "Токамак"… Эта установка сравнительно успешно была воспроизведена в США".[26]

Реализация идеи управляемого термоядерного синтеза сулит получение неограниченной энергии; перспективы настолько заманчивые, что "Токамаки" разрабатываются уже 60 лет, и усилия в их разработке только наращиваются. Однако пока не удалось получить положительного сальдо энергии. Одна из проблем в том, что плазма неустойчива, отдельные её частицы всё-таки преодолевают магнитный барьер и достигают стенок камеры, быстро их разрушая. Разрушают камеру и возникающие в результате начинающегося термоядерного синтеза потоки нейтронов.

Есть множество идей в попытках преодолеть эти и другие трудности. Всего разработано более 200 "Токамаков", 35 из них функционируют сегодня.[27] Самый крупный "Токамак" (проект ИТЭР международного экспериментального термоядерного реактора) будет построен на юге Франции, в исследовательском центре Кадараш, в 60 км от Марселя. Концепция этого проекта разрабатывалась более 15 лет, окончательно он был согласован в июле 2010 года. Это большой и очень дорогой проект с участием около 30 стран, включая Россию и США.

При этом ряд специалистов (например, американский учёный Бруно Коппи, MIT, известный также тем, что активно помогал Сахарову в трудные годы) выражают сомнение в эффективности проекта ИТЭР и оправданности гигантских на него затрат. Бруно Коппи утверждает, и с этим он выступал на Третьей Международной Сахаровской конференции по физике в 2002 году, что гораздо более перспективными, а также более дешёвыми, являются "токамаки" типа "Игнитор", разрабатываемые в MIT, в Италии и в "Курчатовском институте" в Москве. В апреле 2010 г. был подписан российско-итальянский меморандум о намерениях по сотрудничеству в области создания на территории России экспериментального термоядерного реактора ("токамака") "Игнитор". Изобретены и другие виды "токамаков", например "сферический токамак". Следует отметить, что величина токов создающих необходимые для удержания плазмы магнитные поля в этих конструкциях такова, что во избежание сгорания обмоток приходится использовать сверхпроводимость, а значит надо помещать конструкцию в условия близкие к абсолютному нулю температуры. Удивительно, что при всех трудностях и дороговизне этих экспериментальных проектов энтузиазм исследователей и руководителей государств не уменьшается. Слишком велики ставки, особенно в условиях растущих цен на нефть и газ.

Другое направление в попытках получения мирной энергии за счёт термоядерного синтеза — лазерное обжатие. Сахаров изложил эту идею в засекреченном отчёте 1960 года. Но, конечно, идея могла возникнуть независимо и у других исследователей. Суть идеи в том, что лучами нескольких сходящихся в точку лазерных лучей импульсно сжимается и разогревается капелька дейтериево-тритиевой смеси. И надежда на то, что удастся так её разогреть, что начнётся термоядерный синтез и выход нейтронов, несущих необходимую для народного хозяйства энергию. Но до получения реального экономически оправданного выхода энергии (большего, чем затрачено на создание этих лазерных пучков) ещё очень и очень далеко.

Так или иначе, но мы видим, что задачи в сфере управляемого термоядерного синтеза, поставленные Сахаровым 60 лет назад, остаются сегодня более чем актуальными.[28]