Мирнов С. Токамаки: триумф или поражение?

Подождите немного. Документ загружается.

Токамаки: триумф или поражение?

нейтральных атомов и т.д. В итоге наи-

более интересующая нас ионная темпе-

ратура достигает в современных боль-

ших токамаках сверхзвездных значений

— до 40 кэВ (в центре Солнца только

1.4 кэВ !). DT- и даже DD-плазма стано-

вится мощным источником термоядер-

ных реакций, нечто вроде квазистацио-

нарно действующей нейтронной бомбы.

При этом, однако, длительность тока,

т.е. предельная длительность импульса

горения, определяется магнитной индук-

цией центрального трансформатора,

которая, как известно, ограничена. Се-

годня длительность импульса — 15—

30 с. В принципе, существуют методы

безындукционного поддержания тока,

например пучками ускоренных ионов. Их

образуют, инжектируя в тор по касатель-

ной те же потоки быстрых нейтральных

атомов. Ионизуясь либо перезаряжаясь

в плазме, они превращаются в быстрые

ионы и помимо нагрева плазмы могут

создавать макроскопический ионный

ток. В другом варианте бегущее вдоль

тора электромагнитное поле захватыва-

ет электроны и создает электронный ток

увлечения. Оба способа продемонстри-

рованы экспериментально. Небольшой

токамак «Триам» (Япония) может рабо-

тать непрерывно в течение полутора

часов! Однако все существующие мето-

ды по тем или иным ограничениям пока

не годятся для реактора. В частности

поэтому для завершающего шага к за-

жиганию, который предполагается осу-

ществить в международном проекте

токамака-реактора ИТЭР, был выбран

индукционный метод поддержания тока

с длительностью импульса 1000 с, хотя

эксперименты по неиндуктивному под-

держанию тока также внесены в его

исследовательскую программу. Во вся-

ком случае с рождения и по сей день

токамак прочно ассоциируется с транс-

форматором, вторичная обмотка кото-

рого — плазменный виток, и с омичес-

ким током, текущим вдоль поля. Иначе

говоря, пока токамаки не обеспечивают

стационарность. А это для реактора

серьезный минус, который ощущался

уже первооткрывателями.

Второй потенциальный минус, свя-

занный с протеканием тока, — неустой-

чивости. Направленный поток электро-

нов, ускоряемых в плазме электричес-

ким полем, принципиально неустойчив:

кулоновское трение частиц спадает, как

известно, по мере роста их энергии. Это

означает, что на «хвосте» максвелловс-

кого распределения всегда будут суще-

ствовать энергичные электроны, для

которых ускорение между соударения-

ми окажется выше, чем торможение, как

это предсказывал Г.Драйсер (США). В

итоге вместо того, чтобы нагревать

плазму, ток электронов превратится в

релятивистcкий пучок, для удержания

Рис.3. Принципиальная схема

токамака.

1 — тороидальный плазменный

токовый виток с малым ради-

усом a, большим — R, удержи-

ваемый от расширения попереч-

ным (управляющим) магнит-

ным полем В

⊥⊥

⊥

(2).

3 — индуктор — трансформа-

тор для создания плазменного

тока I

(4).

5 — тороидальное магнитное

поле В

, создаваемое магнитны-

ми катушками, расположенны-

ми снаружи вакуумной камеры

(6). В

(7) — магнитное поле

тока. Суперпозиция этих маг-

нитных полей создает внутри

шнура набор вложенных маг-

нитных поверхностей. Сечение

одной из них радиуса r показано

штриховой линией.

С.В.Мирнов

которого потребуется увеличить В

⊥

до

такой величины (≈B

/2), когда оно уже

способно серьезно разрушить магнит-

ные поверхности и соответственно ус-

ловия удержания плазмы. Удивительно,

но это предсказание и сбылось, и не

сбылось. Существуют такие режимы

разряда (малая плотность, большое чис-

ло примесей и т.д.), при которых почти

весь разрядный ток в токамаке перено-

сится быстрыми электронами. Токамак

превращается в сверхбетатрон с тока-

ми порядка нескольких мегаампер на

фоне холодной плазмы. Эти его каче-

ства пока не нашли применения и, бе-

зусловно, оказываются нежелательными

в реакторных приложениях. Замечено,

что достаточно небольшого магнитного

возмущения (например, локальной гоф-

рировки поля B

), чтобы подавить уско-

рение электронов и перевести токамак

в «нормальный» режим плазменного

нагрева. Это наводит на мысль, что

причина электронного торможения —

какая-то плазменная микротурбулент-

ность, инициируемая, например, неодно-

родностями магнитного поля. Возника-

ет парадоксальная ситуация: «нормаль-

ные» режимы токамака оказываются

следствием развития некоторой плаз-

менной микронеустойчивости.

Наконец, заранее можно было

предположить, как это сделали незави-

симо В.Д.Шафранов (СССР) и М.Крус-

кал (США), что кольцевой виток с током

окажется неустойчивым, если результи-

рующая магнитная силовая линия, про-

ходя вдоль тора, замкнется сама на себя

после одного оборота. Действительно,

в этом случае магнитная поверхность из

плотно намотанного клубка превраща-

ется в кучку замкнутых колечек и плаз-

ме ничего не стоит, почти не возмущая

магнитного поля, «выскользнуть» нару-

жу. Геометрию магнитных силовых ли-

ний в токамаке принято описывать па-

раметром q, так называемым запасом

устойчивости:

q(r) = B

r/B

где r — малый радиус, на котором на-

ходится силовая линия (рис.3). Пара-

метр этот допускает простое физичес-

кое толкование: целочисленные q озна-

чают, сколько оборотов вдоль тора тре-

буется сделать магнитной силовой ли-

нии до замыкания самой на себя. Тогда

условие устойчивости токового витка в

магнитном поле B

(критерий Шафрано-

ва—Крускала) можно записать как

q(a)>1, где a — радиус токового шну-

ра, т.е. той магнитной поверхности, вне

которой плазменного тока уже нет. Фак-

тически это условие накладывает огра-

ничения на плазменный ток.

Реальность оказалась еще мрач-

нее. В конце 60-х выяснилось, что опас-

ны не только замыкания силовых линий

после одного обхода тора, но и после

двух, трех и даже четырех обходов. Их

назвали резонансными. Было установ-

лено экспериментально

, что макроско-

пически устойчивое состояние шнура

уверенно реализуется в своеобразных

«окнах устойчивости» между целочислен-

ными значениями q(a). Например, рабо-

чая область q(a) для ИТЭРа выбрана от

трех до четырех. Причина этого в том,

что как только силовая линия с цело-

численным q оказывается вблизи гра-

ницы плазмы, граница становится неус-

тойчивой относительно винтовых возму-

щений, совпадающих с ходом магнитной

силовой линии

. Возмущения границы

легко проникают в центр и могут деста-

билизировать внутренние более низкие

резонансы

. Если это произойдет, мо-

жет начаться «перемешивание» плазмы

внутри шнура. Плотность тока, обычно

следующая за температурой, а за ней и

q(r) будут стремиться выровняться по

сечению шнура. В итоге все магнитные

силовые линии на краю и в центре ока-

жутся топологически идентичными. Для

целочисленных q становится возможным

почти беспрепятственное движение по-

перек плазменного шнура резонансных

винтовых возмущений, которым уже не

требуется пересекать, а достаточно

Мирнов С.В., Семенов И.Б. // Журн. эксперим.

и теорет. физики. 1971. Т.60. С.2105.

Шафранов В.Д. // Журн. техн. физики. 1970. Т.40.

Вып.2. С.241.

Furth H. Propagation and instabilities in plasma.

Stanford, 1973.

Токамаки: триумф или поражение?

«раздвигать» магнитные силовые линии.

А это очень опасно. Б.Б.Кадомцев и

О.П.Погуце показали, что в таком слу-

чае энергетически выгодно формирова-

ние на границе и свободный прорыв в

центр «вакуумных пузырей» — винтовых

жгутов, заполненных холодной гранич-

ной плазмой. В итоге произойдет стре-

мительное вытеснение горячей плазмы

на границу шнура, очень похожее на его

«выворачивание наизнанку». Явление это

вначале было обнаружено эксперимен-

тально

, получив название «большой

срыв». Оно дало мощный стимул экспе-

риментальным и теоретическим иссле-

дованиям плазменных неустойчивостей,

тем более что сопровождающее его про-

никновение в плазму примесей (продук-

тов испарения стенок) приводит к ее

охлаждению и гашению разряда (срыву

тока) — к явлению, недопустимому в ус-

ловиях реактора. Правда, развитие столь

глубоких резонансов граница—центр

редки. Обычно все завершается вспыш-

ками у границы (малый срыв), похожи-

ми на протуберанцы у нашего солнеч-

ного реактора.

К развитию ближайших к границе

резонансов ведет любое охлаждение

плазменной периферии: инжекция при-

месей, напуск холодного газа и т.д. В

частности, увеличение плотности плаз-

мы в токамаках сопровождается ростом

ее излучения. В итоге шнур сужается,

ближайший резонанс оказывается у но-

вой границы, и в результате развивает-

ся та же вспышка резонансных возму-

щений с последующим срывом. Тем

самым на плотность плазмы в токамаке

накладывается ограничение сверху. Фак-

тически и ток, и плотность ограничива-

ются одним механизмом. В реакторе-

токамаке, как показывают оценки, пре-

дел плотности должен быть около

(1—2)•10

–3

, а максимальное B

—

около 0.1B

. Тогда минимальное τ

для

зажигания, по Лоусону, должно соста-

вить 3—6 с. Какого размера должен

быть реактор, отвечающий этому тре-

бованию? Малый радиус сахаровской

модели (1950) был около 2 м. Ирония

природы, но через 45 лет мощный ин-

тернациональный коллектив ученых

(Проект ИТЭР), владеющий всей интег-

ральной информацией, касающейся

плазменного эксперимента в больших

токамаках, после семи лет напряженной

работы остановился почти на той же

цифре — 2.8 м, но уже не на DD-, а на

DT-cмеси!

Путь к пониманию механизма тер-

моизоляции плазмы в замкнутых маг-

нитных ловушках был долог. Первая кри-

тика прозвучала от Будкера еще в 1952 г.

Его анализ показал, что в торе заря-

женные частицы обязаны отклоняться от

магнитных поверхностей на несколько

ларморовских радиусов. А значит, стол-

кновения будут перемещать их поперек

поля на расстояния, существенно бо

′

ль-

шие, чем предполагалось сначала. В

итоге термоизоляция плазмы ухудшится

более чем на порядок.

Будкер впервые обратил внимание

и на то, что заряженная частица, двига-

ясь по спирали вдоль тора, поперемен-

но попадает то в область большего

(внутри), то меньшего (снаружи) торои-

дального магнитного поля. В результате

для некоторой группы частиц («запер-

тых» частиц) возникает аналог зеркаль-

ной ловушки с отражением на внутрен-

нем обводе тора. Траектории таких ча-

стиц, не пересекающих ось плазмы,

должны еще более отклоняться от маг-

нитных поверхностей.

Эти конструктивные идеи Будкера

оказались долгое время не востребо-

ванными. Только в 1965 г. два тогда еще

молодых физика-экспериментатора

М.П.Петров и В.С.Муховатов, пытаясь

понять анизотропию корпускулярных

потоков из плазмы токамака Т-3 (Курча-

товский институт), вынуждены были вер-

нуться к будкеровской модели, о чем,

разумеется, поставили в известность

начальника. Начальник (Арцимович) чуть

ли не за ночь, написав все формулы

движения «запертых» и «пролетных» ча-

стиц, убедился сам в справедливости

их доводов и не преминул сообщить об

этом Будкеру. Тот «бросил» на задачу

своих лучших теоретиков — Р.З.Сагдее-

Горбунов Е.П., Разумова К.А. // Атом. энергия.

1963. Т.15. Вып.5. С.363.

С.В.Мирнов

ва и А.А.Галеева, которые также «в ис-

торически кратчайшие сроки» создали

«столкновительную» модель переноса

плазмы в токамаках с учетом «запер-

тых» частиц (неоклассическая модель).

В качестве одного из ключевых элемен-

тов она вошла позднее в более общую

«Теорию термоядерной тороидальной

плазмы» (Б.Б.Кадомцев, В.Д.Шафранов

О.П.Погуце, Р.З.Сагдеев, А.А.Галеев,

Л.А.Коврижных. Ленинская премия 1984

г.), ставшую фундаментальным вкладом

нашей теоретической плазменной шко-

лы, основы которой были заложены, как

известно, еще академиком М.А.Леонто-

вичем.

Теоретическая активность в облас-

ти неоклассики была с энтузиазмом

поддержана зарубежными учеными.

Объединенными усилиями удалось осу-

ществить исключительно важное для

любой науки разделение новых явлений

на «нормальные» и «аномальные». По-

путно были заложены основы последу-

ющего международного сотрудничества

в области создания токамака-реактора.

В частности, почти «нормальным» ока-

зался ионный теплоперенос и аномаль-

но высоким — электронный. Тем не

менее оценки размеров токамака-реак-

тора оказались вполне разумными, ук-

ладывающимися в рамки современной

техники. Но это был уже конец 70-х. А

в начале 50-х идея создания квазиста-

ционарной плазмы в торе с током мно-

гим казалась безнадежной. «Это так же

наивно, как пытаться получить папирос-

ную бумагу из папиросного дыма», —

слова, принадлежащие не кому-нибудь,

а самому Арцимовичу, тогдашнему Ар-

цимовичу, начала 50-х. Но в будущем

Курчатовском институте (он назывался

тогда в целях конспирации «Лаборато-

рия измерительных приборов Академии

наук») нашлись-таки храбрые люди, ко-

торые приступили к экспериментам.

(Окончание в следующем номере)

26 ÔÈÇÈÊÀ. ÒÅÕÍÈÊÀ

Ïðèðîäà, 1999, ¹ 12

ÍÅÌÍÎÃÎ ÈÑÒÎÐÈÈ

Èòàê, â íà÷àëå 50-õ ãîäîâ, âîïðåêè

ïðåäîñòåðåæåíèÿì ñêåïòèêîâ è âñåçíàþ-

ùèõ ïåññèìèñòîâ, â íàøåé ñòðàíå íàøëèñü

ýíòóçèàñòû: èìè ñòàëè Í.À.ßâëèíñêèé,

È.Í.Ãîëîâèí è èõ ñîòðóäíèêè. Îïûòû íà÷à-

ëè ñòàâèòü ñ ïðÿìûìè ñòåêëÿííûìè è ôàð-

ôîðîâûìè òðóáàìè â ñèëüíûõ ìàãíèòíûõ

ïîëÿõ. Îäíàêî íèêàêèõ øàíñîâ ïîëó÷èòü â

íèõ ãîðÿ÷óþ ïëàçìó íå áûëî  âñÿ ýíåð-

ãèÿ, êàê ñ ïîìîùüþ ëþìèíåñöåíòíîé ìå-

òîäèêè òîãäà æå èçÿùíî ïîêàçàë Â.Ä.Êè-

ðèëëîâ, óõîäèëà èç ïëàçìû â èçëó÷åíèå 

îãðîìíîå êîëè÷åñòâî ïðèìåñåé ïîñòóïàëî

ñ ýëåêòðîäîâ è ñòåíîê â ïëàçìó, è òîêàìàê

ïðåâðàùàëñÿ â ãàçîðàçðÿäíóþ ëàìïó. Åäèí-

ñòâåííîå, ÷òî áûëî ÷åòêî óñòàíîâëåíî, 

ðàçâèòèå âèíòîâîé íåóñòîé÷èâîñòè, ïðåä-

ñêàçàííîé Øàôðàíîâûì.

×òîáû óñòðàíèòü âëèÿíèå ýëåêòðî-

äîâ, Ãîëîâèí è ßâëèíñêèé â 1956 ã. ñî-

îðóäèëè ïåðâóþ êîëüöåâóþ óñòàíîâêó ÒÌÏ

ñ òîðîèäàëüíîé êàìåðîé è ìàãíèòíûì ïî-

ëåì (äî 1.5 Ò). Ïî ïðåäëîæåíèþ Ãîëîâè-

íà åå ñîêðàùåííî íàçâàëè òîêàìàêîì («ã»

çàìåíèëè íà «ê»). Ñîãëàñíî ëåãåíäå, îêîí-

÷àíèå «ìàã» ðåçàëî ñëóõ âûøåñòîÿùèì

àòåèñòè÷åñêè íàñòðîåííûì èíñòàíöèÿì.

Ïîçäíåå ïðèõîäèëîñü ñî÷èíÿòü: «òîðîè-

äàëüíàÿ êàìåðà ñ ìàãíèòíîé êàòóøêîé».

Ïåðâûé òîêàìàê áûë âíóøèòåëüíûì ñî-

îðóæåíèåì. Åãî ôàðôîðîâàÿ êàìåðà

(R = 0.8 ì, a=13 ñì) áûëà îêðóæåíà ïî

ñîâåòó Ñàõàðîâà ìåäíûì êîæóõîì äëÿ

ïðîòèâîäåéñòâèÿ ðàäèàëüíîìó ðàñøèðå-

íèþ ïëàçìåííîãî âèòêà. Èíäóêòîð, òîãäà

åùå áåç æåëåçíîãî ñåðäå÷íèêà, ïîçâî-

ëÿë ñîçäàâàòü òîê â ïëàçìå äî 150 êÀ. Òî

åñòü áûëè ïðåäóñìîòðåíû âñå íåîáõîäè-

ìûå àòðèáóòû òîêàìàêà. È òåì íå ìåíåå

ïëàçìà îêàçàëàñü õîëîäíîé è íåóñòîé÷è-

âîé. Âèíîé òîìó áûëà ôàðôîðîâàÿ ñòåí-

êà  ìîãó÷èé ðåçåðâóàð ëåãêî äåñîðáè-

Òîêàìàêè: òðèóìô èëè ïîðàæåíèå?

Ñ.Â.Ìèðíîâ

Îêîí÷àíèå. Íà÷àëî ñì. â ¹11.

ðóåìûõ ïðèìåñåé! Íåñêîëüêî óëó÷øèëà

ñèòóàöèþ ñòàëüíàÿ ñïèðàëü, ïîìåùåííàÿ

ìåæäó ñòåíêîé è ïëàçìîé. Îíà óêàçàëà

ïóòü  ïåðåõîä ê ìåòàëëè÷åñêîé ïðîãðå-

âàåìîé êàìåðå. Ïîñëåäóþùèå ïÿòü ëåò

ñòàëè ãîäàìè òÿæåëîãî òðóäà (ïåðåõîä íà

ñòàëüíûå, ïðîãðåâàåìûå ÷óòü ëè íå äî

500°C êàìåðû, ðàçâèòèå íîâûõ áåçìàñëÿ-

íûõ ñðåäñòâ îòêà÷êè, íåáûâàëî òî÷íîå ïî

òåì âðåìåíàì èçãîòîâëåíèå è ñáîðêà

ýëåìåíòîâ ìàãíèòíîé ñèñòåìû è ò.ä.). Ïî

õîäó äåëà âûÿñíèëîñü

, ÷òî ñîâñåì íåçíà-

÷èòåëüíûå ïåðåêîñû ìàãíèòíûõ êàòóøåê

ëèáî äàæå ðàññåÿííûå ïîëÿ òðàíñôîðìà-

òîðà ñïîñîáíû ïðèâîäèòü ê óõîäó ïëàçìû

íà ñòåíêó. Ïîòðåáîâàëàñü ñïåöèàëüíàÿ

êîððåêòèðîâêà êîíñòðóêöèè. È âñå ýòî

áåçóäåðæíîå óñëîæíåíèå ýêñïåðèìåíòà

ïðîõîäèëî íà ôîíå î÷åíü ñêðîìíûõ, ïî-

÷òè íåçàìåòíûõ íîâûõ ôèçè÷åñêèõ ðå-

çóëüòàòîâ. Ìîæíî òîëüêî âîñõèùàòüñÿ

âåðîé è òåðïåíèåì ýòèõ ëþäåé. È îíè

áûëè âîçíàãðàæäåíû.

Â íà÷àëå 1962 ã., ÷åðåç øåñòü ëåò

ïîñëå íà÷àëà îïûòîâ íà ÒÌÏ, íà íîâîì

íåáîëüøîì òîêàìàêå ÒÌ-2 (R = 0.4 ì,

a =10 ñì) Å.Ï.Ãîðáóíîâ è Ê.À.Ðàçóìîâà

âïåðâûå îáíàðóæèëè íåâèäàííûé äîñåëå

â òåðìîÿäåðíûõ èññëåäîâàíèÿõ ðåæèì

ðàçðÿäà áåç êàêèõ-ëèáî çíà÷èòåëüíûõ êî-

ëåáàíèé ïëàçìåííûõ ïàðàìåòðîâ. Ïîìíèò-

ñÿ, âåñíîé 62-ãî ãîäà õóäåíüêàÿ ÷åðíîâî-

ëîñàÿ æåíùèíà ñ çàìàøêàìè ñîöèàë-ðå-

âîëþöèîíåðêè íà÷àëà âåêà ñïîêîéíî è

òîëêîâî ðàññêàçûâàëà ýòó íåâåðîÿòíóþ

íîâîñòü íà òåêóùåì ñåìèíàðå îòäåëà

ïëàçìåííûõ èññëåäîâàíèé Êóð÷àòîâñêîãî

èíñòèòóòà. Îïðåäåëåííàÿ ïî ýëåêòðîïðî-

âîäíîñòè òåìïåðàòóðà ýëåêòðîíîâ äîñòèã-

ëà â åå ïëàçìå ÷óòü ëè íå ñòà ýëåêòðîí-

âîëüò (10

Ê). Íà÷àëüíèê îòäåëà  èçâåñ-

òíûé ñêåïòèê Àðöèìîâè÷  òóò æå

ïðåäïîëîæèë, ÷òî ðå÷ü èäåò î áåòàòðîí-

íîì ýôôåêòå, î ãðóïïå óñêîðåííûõ ýëåêò-

Àðöèìîâè÷ Ë.À., Êàðòàøîâ Ê.Á. // ÄÀÍ.

1962. Ò.146. ¹6. Ñ.1305.

Òîêàìàêè: òðèóìô èëè ïîðàæåíèå?

Ðèñ.4. Äèíàìèêà ðîñòà ìîùíîñòè ÿäåðíîãî

ñèíòåçà â 19751995 ãã.

ðîíîâ. Òåì áîëåå ÷òî òàêèå ýëåêòðîíû

íàáëþäàëèñü

ýïèçîäè÷åñêè íà âñåõ òîêà-

ìàêàõ, íà÷èíàÿ ñ ÒÌÏ. Âåëè÷èå ìîìåíòà

áûëî êàê-òî ñòåðòî, ïîòðåáîâàëîñü ñåìü

ëåò ïåðåêðåñòíûõ èçìåðåíèé (ìÿãêèé ðåí-

òãåí, äèàìàãíåòèçì, ëàçåðíîå ðàññåÿíèå),

÷òîáû óáåäèòüñÿ îêîí÷àòåëüíî: òåìïåðà-

òóðà äåéñòâèòåëüíî òàêîâà. Àíãëèéñêèå

èçìåðåíèÿ íà Ò-3 ïîñòàâèëè â ýòîì äåëå

ïîñëåäíþþ òî÷êó.

Îáîðà÷èâàÿñü ñåãîäíÿ íàçàä, ìû ñ

ïîëíûì îñíîâàíèåì èñ÷èñëÿåì èñòîðèþ

òîêàìàêà ñ âåñíû 1962 ã., êîãäà â ÒÌ-2

âïåðâûå óäàëîñü îò÷åòëèâî íàáëþäàòü

«ýôôåêò òîêàìàêà»  îáðàçîâàíèå óñòîé-

÷èâîãî ïëàçìåííîãî øíóðà, ðåçóëüòàò ïðè-

÷óäëèâîé èãðû ñ ó÷àñòèåì ýëåêòðîííîãî

óñêîðåíèÿ, ñòîëêíîâåíèé, ïðîöåññîâ ïå-

ðåíîñà è ðàçëè÷íûõ ïëàçìåííûõ íåóñòîé-

÷èâîñòåé. Ñåãîäíÿ, êîãäà ïðîéäåí áàñíî-

ñëîâíûé ïóòü îò òåõ 100 ýÂ íà êðîøå÷íîì

ÒÌ-2 äî ñîâðåìåííûõ ñâåðõãèãàíòîâ ñ

òåìïåðàòóðàìè 40 êýÂ, ñòàíîâèòñÿ î÷å-

âèäíûì, ÷òî òîêàìàê  îäèí èç óíèêàëü-

íûõ ôèçè÷åñêèõ îáúåêòîâ, ðîæäåííûõ íà-

óêîé ÕÕ â., ïðèáîð, ïîçâîëèâøèé çàãëÿíóòü

â ìèð çâåçäíûõ òåìïåðàòóð. Íî ìèð åäèí,

è ìîæíî íàäåÿòüñÿ, ÷òî äàëüíåéøåå äîñ-

êîíàëüíîå èçó÷åíèå ôèçèêè òîêàìàêà ïî-

çâîëèò ïðîÿñíèòü ïðîèñõîäÿùåå â çâåçä-

íûõ ñðåäàõ, ïðåæäå âñåãî äèíàìèêó èõ

íåóñòîé÷èâîñòåé, ò.å. ïîíÿòü â êîíå÷íîì

ñ÷åòå ìåõàíèçìû ðàáîòû åñòåñòâåííûõ

òåðìîÿäåðíûõ ðåàêòîðîâ. ×òî æå êàñàåò-

ñÿ ïðÿìîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî èñïîëüçîâà-

íèÿ òîêàìàêà, òî ýòî, ê ñîæàëåíèþ, íå íàì

ðåøàòü. Âîïðîñ ïåðåàäðåñîâàí ÕÕI âåêó.

Êàê áû òî íè áûëî, ïîëó÷åíèå êâàçèñòà-

öèîíàðíîé ôèçè÷åñêîé ðåàêöèè ñèíòåçà

íà Ò-3 è Ò-4 ñïðîâîöèðîâàëî ìîùíîå äâè-

æåíèå â ýòîì íàïðàâëåíèè, è ñîâåòñêàÿ

íàóêà âíåñëà çäåñü îñíîâîïîëàãàþùèé

âêëàä.

Ñëåäóþùèì ïðèíöèïèàëüíûì ýòà-

ïîì ñòàëî ïîëó÷åíèå ïëàçìû ñ ðåàêòîð-

íûìè èîííûìè òåìïåðàòóðàìè (äî 7 êýÂ)

íà òîêàìàêå PLT (ÑØÀ, 1978). Ýòî çàìå-

÷àòåëüíîå äîñòèæåíèå ÿâèëîñü ðåçóëüòà-

òîì äâóõ íîâîââåäåíèé  äîïîëíèòåëüíî-

ãî íàãðåâà ïëàçìû ìîùíûìè ïó÷êàìè íåé-

òðàëüíûõ àòîìîâ è ïåðåõîäà íà íîâûå

ìàòåðèàëû: ïîâåðõíîñòü êàìåðû, íåïîñ-

ðåäñòâåííî êîíòàêòèðóþùóþ ñ ïëàçìîé

(åå íàçûâàþò ëèìèòåð, èëè ó íàñ ÷àùå 

äèàôðàãìîé, ïîäðîáíåå ðå÷ü î íåé ïîé-

äåò íèæå), èçãîòîâèëè íå èç òðàäèöèîí-

íûõ  âîëüôðàìà èëè íåðæàâåþùåé ñòà-

ëè,  à èç ãðàôèòà. Óñïåõ PLT áûë òðàì-

ïëèíîì äëÿ ñîçäàíèÿ òîêàìàêîâ-ãèãàíòîâ:

JET (Âåëèêîáðèòàíèÿ), JT-60 (ßïîíèÿ),

TFTR (ÑØÀ), Ò-15 (ó íàñ). Ðàçìåðû èõ

îêàçàëèñü âñåãî ëèøü â 23 ðàçà ìåíüøå

ðàçìåðîâ ïðåäïîëàãàåìîãî ðåàêòîðà. Ñå-

ãîäíÿ èõ èññëåäîâàòåëüñêèå ïðîãðàììû

ëèáî çàâåðøåíû, ëèáî çàâåðøàþòñÿ (Ò-15

çàêîíñåðâèðîâàí èç-çà îòñóòñòâèÿ

ñðåäñòâ).

×òî îíè äàëè? Ýòî ïîêàçûâàåò ðèñ.4,

âçÿòûé èç áóêëåòà Ìèíèñòåðñòâà ýíåðãå-

òèêè ÑØÀ, ãäå ïðåäñòàâëåíà äèíàìèêà

ðîñòà ìîùíîñòè ÿäåðíîãî ñèíòåçà, äîñ-

òèãíóòîãî íà ðàçíûõ òîêàìàêàõ â 1975

1995 ãã.: íàëèöî ïîäúåì áîëåå ÷åì â 100

ìëí ðàç çà 20 ëåò!

Íàêîíåö, êàê óæå óïîìèíàëîñü, 30

îêòÿáðÿ 1997 ã. â çàêëþ÷èòåëüíîì ýêñïåðè-

ìåíòå ñ DT-ñìåñüþ 50/50% íà òîêàìàêå JET

áûëà äîñòèãíóòà ìîùíîñòü ÿäåðíîãî ýíåð-

ãîâûäåëåíèÿ áîëåå 16 ÌÂò (ýòà òî÷êà íà

äèàãðàììå ðèñ.4 åùå íå ïîñòàâëåíà) ïðè

ïîëíîé ìîùíîñòè äîïîëíèòåëüíîãî íàãðå-

Ñòðåëêîâ Â.Ñ. Èññëåäîâàíèå èçëó÷åíèé áåç-

ýëåêòðîäíîãî ðàçðÿäà â äåéòåðèè // Ôèçèêà ïëàç-

ìû è ïðîáëåìà óïðàâëÿåìûõ òåðìîÿäåðíûõ ðåàê-

öèé / Ïîä ðåä. Ì.À.Ëåîíòîâè÷à. Ì., 1958. Ò.IV. Ñ.156.

Ñ.Â.Ìèðíîâ

âà îêîëî 25 ÌÂò. Ýêñïåðèìåíò çàêîí÷èëñÿ

ëîêàëüíûì ñáðîñîì ýíåðãèè (ìàëûì ïåðè-

ôåðèéíûì ñðûâîì), âíåøíå íàïîìèíàþùèì

ñîëíå÷íóþ âñïûøêó  ÿâëåíèåì áîëåå èëè

ìåíåå ïîíÿòíûì. Îäíàêî ïåðåä ñðûâîì

ýíåðãèÿ ïëàçìû åùå ïðîäîëæàëà âîçðàñ-

òàòü. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî â ýòîò ìîìåíò

ÿäåðíîå ýíåðãîâûäåëåíèå ïðèìåðíî ñðàâ-

íÿëîñü ñ ìîùíîñòüþ ïëàçìåííûõ ïîòåðü.

Òåì ñàìûì ïðîèçîøëî âïîëíå èñòîðè÷åñ-

êîå ñîáûòèå â èññëåäîâàíèÿõ ÓTC  äîñòè-

æåíèå ðåæèìà «ïåðåâàëà», Q= 1. Ïðàâäà,

ýòîò çàìå÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò ïîëó÷åí ïîêà

ëèøü â ïåðåõîäíîì èìïóëüñíîì ðåæèìå. Ê

ñîæàëåíèþ, ýòî åùå íå óñòîé÷èâîå òåðìî-

ÿäåðíîå ãîðåíèå, à, ñêîðåå, «÷èðêàíüå»

òåðìîÿäåðíûìè ñïè÷êàìè. Íà ðèñ.5 äëÿ

äàííîãî ñëó÷àÿ ïðåäñòàâëåí âðåìåííîé õîä

îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ ïëàçìû â ïðîöåññå

íàãðåâà

: ìîùíîñòè DT-ñèíòåçà, ýíåðãèè

ïëàçìû, ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè, ýôôåêòèâ-

íîãî (ñðåäíåãî) çàðÿäà ïëàçìû  Z

ýô

, òåì-

ïåðàòóðû èîíîâ, ýëåêòðîíîâ è èíäèêàòîðà

âçàèìîäåéñòâèÿ ïëàçìàñòåíêà  èíòåí-

ñèâíîñòè ñâå÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé ëèíèè äåé-

òåðèÿ D

. Ýòîò èìïóëüñ åùå äàëåê îò ñòà-

öèîíàðíîãî èëè êâàçèñòàöèîíàðíîãî (ñ äëè-

òåëüíîñòüþ t>>τ

≈ 1 c), íåîáõîäèìîãî äëÿ

ðåàêòîðà. Â êâàçèñòàöèîíàðíûõ ðåæèìàõ Q

ïîêà íå ïðåâîñõîäèò ≈0.25. Îäíàêî äîñòè-

æåíèå êâàçèñòàöèîíàðíîãî Q ≈1 êàæåòñÿ

äåëîì âðåìåíè è ñêîðåå âñåãî íå ïîòðåáó-

åò ñòðîèòåëüñòâà íîâûõ äîðîãîñòîÿùèõ óñ-

òàíîâîê.

×åì âûäåëåí äëÿ íàñ ðåæèì ñ Q≈1?

Êàê óæå óïîìèíàëîñü, Q=1 ìàëî äëÿ ðà-

áîòû «÷èñòîãî» ðåàêòîðà. Íî, èìåÿ ìîù-

íûé èñòî÷íèê áûñòðûõ (14 ÌýÂ) íåéòðî-

íîâ è ïîìåñòèâ â áëàíêåò ïðèðîäíûé èëè

äàæå «îòâàëüíûé» (

238

U) óðàí, ìû ìîãëè áû

óäåñÿòåðèòü òåïëîâóþ ìîùíîñòü, ïðåâðà-

òèòü åå çàòåì â ýëåêòðè÷åñòâî (30%) è

äàëåå  èñïîëüçîâàòü êàê èñòî÷íèê äîïîë-

íèòåëüíîãî íàãðåâà (~30%), çàìêíóâ òåì

ñàìûì ýíåðãåòè÷åñêèé öèêë ðåàêòîðà ÓÒÑ.

Ñõåìà ýòà ÷åì-òî íàïîìèíàåò ñõåìó ïåð-

âûõ âîäîðîäíûõ áîìá. Ôàêòè÷åñêè ðå÷ü

èäåò î ãëóáîêî ïîäêðèòè÷åñêîì (ò.å. áåçî-

ïàñíîì) ðåàêòîðå äåëåíèÿ ñ íåçàâèñèìûì

èñòî÷íèêîì íåéòðîíîâ. Ê ñîæàëåíèþ, ìû

Ðèñ.5. Ñëåâà: âðåìåííîé õîä îñíîâíûõ ïëàçìåííûõ ïàðàìåòðîâ â ïðîöåññå ðåêîðäíîãî DT-

èìïóëüñà JET ñ ìîùíîñòüþ ýíåðãîâûäåëåíèÿ 16.1 ÌÂò (D

αα

(t)  ñâå÷åíèå ñïåêòðàëüíîé ëèíèè

äåéòåðèÿ âáëèçè ñòåíêè êàê èíäèêàòîð âçàèìîäåéñòâèÿ ïëàçìàñòåíêà.) Ñïðàâà: ðàçðåç

ìàãíèòíûõ ïîâåðõíîñòåé JET.

JET Joint Undertaking. Progress Report. Abingdon,

1997.

Òîêàìàêè: òðèóìô èëè ïîðàæåíèå?

òåðÿåì òàêèì îáðàçîì âàæíîå ïðåèìóùå-

ñòâî DT-cèíòåçà  îòñóòñòâèå äåëÿùèõñÿ

ìàòåðèàëîâ â áëàíêåòå ðåàêòîðà  è ïî-

ïàäàåì ïîä ãðàä êðèòèêè. È òåì íå ìåíåå

ýòî ýòàï âûõîäà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñò-

ðîéñòâ ÓÒÑ íà óðîâåíü ïåðâûõ, ïóñòü ñèì-

âîëè÷åñêèõ, òåõíè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé.

Ñëåäóþùèì ëîãè÷åñêèì øàãîì ïðî-

ãðàììû äîëæíî áûëî áû ñòàòü ñîçäàíèå

òîêàìàêà-ðåàêòîðà ñ çàæèãàíèåì, ò.å. ñèñ-

òåìû, ïîçâîëÿþùåé âûðàáàòûâàòü êâàçè-

ñòàöèîíàðíî ïî êðàéíåé ìåðå 100500

ÌÂò òåïëîâîé ìîùíîñòè è êîìïåíñèðî-

âàòü ñâîè ýíåðãîçàòðàòû. Åñëè âåðíóòüñÿ

ê ðèñ.4, ìîæíî îæèäàòü, ÷òî ýòî ïðîèçîé-

äåò â 20002005 ãã. Ê ñîæàëåíèþ, íå âñå

òàê ïðîñòî. Ñåãîäíÿ ïîä óãðîçîé îêàçàëñÿ

ñàì ìåõàíèçì, îáåñïå÷èâàþùèé ðîñò òåð-

ìîÿäåðíûõ äîñòèæåíèé.

Â ïðåäûäóùèå ãîäû îñíîâîé ïîäúå-

ìà ÿäåðíîãî ýíåðãîâûõîäà íà òîêàìàêàõ

áûë ñîãëàñîâàííûé, íàïðÿæåííûé òðóä

íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ íàøèõ ñîâðåìåííèêîâ â

ðàçëè÷íûõ ÷àñòÿõ çåìíîãî øàðà. Äëÿ ñòî-

ðîííåãî íàáëþäàòåëÿ ñëåäû ýòîãî òðóäà

âûãëÿäåëè êàê ïðîöåññ ïðîãðåññèâíîãî

óâåëè÷åíèÿ ðàçìåðîâ è ìîùíîñòåé ýêñïå-

ðèìåíòàëüíûõ óñòðîéñòâ. Íà öâåòíîé

âêëàäêå â êîíöå ñòàòüè èçîáðàæåíû îäèí

èç ñàìûõ ìàëåíüêèõ ñóùåñòâóþùèõ òîêà-

ìàêîâ  «Novillo» (Ìåêñèêà) è ñàìûé áîëü-

øîé èç íèõ  JET. À íà ïðàâîé ñòðàíèöå

âêëàäêè  ôðàãìåíòû ðàçðÿäíûõ êàìåð

ñàìîãî áîëüøîãî äëÿ ñâîåãî âðåìåíè òî-

êàìàêà Ò-2 (ÈÀÝ èì.Êóð÷àòîâà, 1961) è JET.

×òî äàâàëî óâåëè÷åíèå ðàçìåðîâ? Ïðåæ-

äå âñåãî óâåëè÷åíèå ýíåðãåòè÷åñêîãî âðå-

ìåíè æèçíè τ

 ñ 0.10.3 ìñ â 1962 ã.

äî 12 ñ ñåãîäíÿ. Äëÿ òîêàìàêà ñ çàæèãà-

íèåì íåîáõîäèìî τ

= 46 ñ. Ýòî îçíà÷à-

åò ïðèìåðíîå óäâîåíèå ðàçìåðîâ JET.

Çäðàâûé ñìûñë ïîäñêàçûâàë, ÷òî ñòðîè-

òåëüñòâî òàêîãî ñâåðõãèãàíòà ñëåäîâàëî

áû îñóùåñòâëÿòü ñîîáùà, ñèëàìè íåñêîëü-

êèõ ñòðàí. Èäåÿ ïîäîáíîé êîîïåðàöèè îò

èìåíè íàøåé ñòðàíû áûëà âûäâèíóòà Å.Ï-

.Âåëèõîâûì â 1990 ã. è ïîääåðæàíà â ÑØÀ,

ßïîíèè è Åâðîïåéñêîì ñîîáùåñòâå. Ïðî-

åêò, êàê óæå óïîìèíàëîñü âûøå, ïîëó÷èë

íàçâàíèå «Èíòåðíàöèîíàëüíûé òåðìî-

ÿäåðíûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ðåàêòîð»

(ÈÒÝÐ). Ðàçðàáîòêà åãî âåëàñü îáúåäè-

íåííûì ìíîãîíàöèîíàëüíûì êîëëåêòèâîì

ôèçèêîâ è èíæåíåðîâ. Ñåãîäíÿ îí çàâåð-

øåí. ×òî ïîëó÷èëîñü?

ÈÒÝÐ

Âïåðâûå â ÷åëîâå÷åñêîé ïðàêòèêå

óäàëîñü ñîçäàòü ðåàëüíûé ïðîåêò êâàçè-

ñòàöèîíàðíîãî òåðìîÿäåðíîãî óñòðîéñòâà

ñ ðàñ÷åòíîé òåïëîâîé ìîùíîñòüþ îêîëî

1.5 ÃÂò. È íå òîëüêî ïðîåêò. Â íàòóðàëü-

íîì âèäå áûëè ñäåëàíû è èñïûòàíû íåêî-

òîðûå êëþ÷åâûå ýëåìåíòû êîíñòðóêöèè.

Âñå ÷åðòåæè ïðîåêòà âûïîëíÿëèñü ïî íîð-

ìàì, äåéñòâóþùèì íà Çàïàäå, è ìîãóò

áûòü ïðÿìî ïåðåäàíû â ïðîèçâîäñòâî. Âî

âñÿêîì ñëó÷àå, òàê óòâåðæäàþò àâòîðû.

Ñîçäàíèå ïðîåêòà ñòîèëî ñòðàíàì-

ó÷ðåäèòåëÿì îêîëî 1.5 ìëðä àìåð. äîëë.

è ïÿòè ëåò ðàáîò. Ðàáîòû âåëèñü ãëàâíûì

îáðàçîì âíóòðè ñàìèõ ýòèõ ñòðàí. Ðîññèè,

ñ ó÷åòîì åå òðóäíîñòåé, çàñ÷èòàí ýêâèâà-

ëåíòíûé âêëàä îêîëî 200 ìëí äîëë. Íî

ðåàëüíî çàòðà÷åíî ñóùåñòâåííî ìåíüøå,

â îñíîâíîì çà ñ÷åò çàðïëàòû. Íà ÷òî ïî-

øëè ýòè äåíüãè? Ãëàâíûì îáðàçîì íà ðàç-

âèòèå íîâûõ è àäàïòàöèþ èçâåñòíûõ óíè-

êàëüíûõ òåõíîëîãèé (â îáëàñòè ñâåðõïðî-

âîäèìîñòè, ìàòåðèàëîâ, êîíñòðóêöèé è

ò.ä.). Ýòî îêàçàëî ñåðüåçíóþ ïîääåðæêó

íàøèì èíæåíåðàì è òåõíîëîãàì. Ôèçèêè

ïëàçìåíùèêè, ê ñîæàëåíèþ, ïî÷òè íå

ôèíàíñèðîâàëèñü èç ýòèõ ñðåäñòâ  òà-

êîâî áûëî óñëîâèå.

Îñíîâíîé çàäà÷åé ÈÒÝÐà äîëæíî

áûëî áû ñòàòü ïîëó÷åíèå êâàçèñòàöèîíàð-

íîé (1000 ñ) DT-ðåàêöèè ñèíòåçà, êîòîðàÿ

ïîçâîëèëà áû èñïûòàòü îñíîâíûå ôóíêöè-

îíàëüíûå óçëû ýíåðãåòè÷åñêîãî ðåàêòîðà,

â òîì ÷èñëå ðàçëè÷íûå âàðèàíòû áëàíêåò-

íûõ ìîäóëåé äëÿ âîñïðîèçâîäñòâà òðèòèÿ.

Â òàáëèöå ïðèâåäåíû ïàðàìåòðû ÈÒÝÐà, à

íà ðèñ.6  åãî ïðåäïîëàãàåìàÿ êîìïîíîâ-

êà. Êðèòåðèåì âûáîðà ïàðàìåòðîâ ñòàëî

îáåñïå÷åíèå ãàðàíòèðîâàííîãî çàæèãàíèÿ

è ñòàáèëüíîãî «ãîðåíèÿ» DT-ðåàêöèè íà

ïðîòÿæåíèè âñåãî ðàçðÿäíîãî èìïóëüñà.

Êëþ÷åâûì ïàðàìåòðîì, êàê óæå îáñóæäà-

ëîñü âûøå, ÿâëÿåòñÿ τ

. Óäàñòñÿ ëè â ÈÒÝ-

Ðå ïîëó÷èòü íåîáõîäèìûå 6 ñ? Íà ðèñ.7

Ïàðàìåòðû ÈÒÝÐà

= 21 MA P

âí

= 50100 ÌÂò

R = 8.1 ì P

ÿä

= 1.5·ÃÂò

a = 2.8 ì β = 3.2%

ε = a/R = 0.35 q(a) = 3

= 5.7 Ò <n

> = 1.1·10

3

ìàõ

= 12.5 Ò <T

> = 11 êýÂ

ãîð

= 1000 ñ <T

> =10 êýÂ

Ñ.Â.Ìèðíîâ

ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû òùàòåëüíîãî

àíàëèçà

âñåé èìåþùåéñÿ áàçû äàííûõ ïî

òåðìîèçîëÿöèè ïëàçìû â òîêàìàêàõ, ãåî-

ìåòðè÷åñêè ïîäîáíûõ ÈÒÝÐó. Íà îñíîâå

åãî áûë ïîëó÷åí íåêîòîðûé çàêîí ïîäîáèÿ

äëÿ τ

, ó÷èòûâàþùèé ðàçìåðû, ïëàçìåí-

íûé òîê è äðóãèå ïàðàìåòðû òîêàìàêà.

Îêàçàëîñü, ÷òî τ

ðàñòåò ïî÷òè ïðîïîðöè-

îíàëüíî òîêó, ïðèìåðíî ïðîïîðöèîíàëüíî

êâàäðàòó áîëüøîãî ðàäèóñà è íåñêîëüêî

óâåëè÷èâàåòñÿ (ïî ñòåïåííîìó çàêîíó ñ

ïîêàçàòåëåì ñòåïåíè 0.4) ñ ðîñòîì ïëîò-

íîñòè ïëàçìû. Çàìå÷àòåëüíî, ÷òî ýòè çà-

âèñèìîñòè çíàêîìû íàì åùå ñ 6070-õ

ãîäîâ, ñ íà÷àëà ðàáîòû ïåðâûõ ñîâåòñêèõ

òîêàìàêîâ. Ïðèõîäèòñÿ êîíñòàòèðîâàòü, ÷òî

òîêàìàêè, îò ñàìûõ ìàëûõ äî ãèãàíòñêèõ,

ITER Physics Basis. San Diego, Nov. 1997.

Ðèñ6. ÈÒÝÐ â ðàçðåçå.

Òîêàìàêè: òðèóìô èëè ïîðàæåíèå?

îáíàðóæèâàþò óäèâèòåëüíóþ ñõîæåñòü ïî-

âåäåíèÿ, ïîçâîëÿþùóþ ãîâîðèòü î åäèíîé

ôèçèêå ïðîòåêàþùèõ â íèõ ïðîöåññîâ.

Íîâûì îáñòîÿòåëüñòâîì, ïðîÿâèâøèìñÿ â

òîêàìàêàõ ñ ìîùíûì äîïîëíèòåëüíûì íà-

ãðåâîì, ñòàëî ñíèæåíèå τ

ïî ìåðå óâåëè-

÷åíèÿ ìîùíîñòè íàãðåâà (ïðèìåðíî

âí

 0.6

). Âîçìîæíî, îíî îòðàæàåò ïðîöåññ

óõóäøåíèÿ òåðìîèçîëÿöèè ñ ðîñòîì β. Åñòü

íåñêîëüêî îáúÿñíåíèé ýòîìó ÿâëåíèþ, íî

èõ îáñóæäåíèå ñëèøêîì äàëåêî óâåëî áû

íàñ îò òåìû. Âî âñÿêîì ñëó÷àå, ïîëüçóÿñü

çàêîíîì ïîäîáèÿ äëÿ τ

, ìîæíî, ïîäñòàâèâ

ïàðàìåòðû ÈÒÝÐà, ïîëó÷èòü äëÿ íåãî íå-

îáõîäèìóþ îöåíêó. Ýòî è ñäåëàíî íà ðèñ.7,

ãäå ïî îñè àáñöèññ îòëîæåíû âû÷èñëåííûå

çíà÷åíèÿ τ

, à ïî îñè îðäèíàò  ýêñïåðè-

ìåíòàëüíî èçìåðåííûå íà ðàçíûõ òîêàìà-

êàõ. Åñòåñòâåííî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî τ

= 6

ñ áóäåò äîñòèãíóòî â ÈÒÝÐå ñ âûñîêîé ñòå-

ïåíüþ íàäåæíîñòè, åñëè íå âîçíèêíóò íî-

âûå îñëîæíåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ óâåëè÷åíè-

åì ðàçìåðîâ ñèñòåìû.

Íå âåëèê ëè ìàëûé ðàäèóñ ïëàçìû

 2.8 ì? Ïî-âèäèìîìó, íåò. Äåëî â òîì,

÷òî òîëùèíà áëàíêåòà è çàùèòû äîëæíà

áûòü ìàñøòàáà 1 ì. Ýòî  àáñîëþòíàÿ

âåëè÷èíà äëÿ âñåõ ðåàêòîðîâ ÓÒÑ. Íåðà-

öèîíàëüíî áûëî áû ïîìåùàòü â ñèëüíîå

ìàãíèòíîå ïîëå ïëàçìåííûé øíóð, ìåíü-

øèé ïî ðàçìåðó, ÷åì çàùèòà. Â ðåçóëüòà-

òå îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïëàçìåííûå òðåáîâà-

íèÿ è òåõíè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü êîíñò-

ðóêöèè óäà÷íî ñîãëàñóþòñÿ â ïðîåêòå.

Ïîëíàÿ ñòîèìîñòü ïðîåêòà âûñîêà 

îêîëî 7.5 ìëðä àìåð. äîëë., îíà òîãî æå

ìàñøòàáà, ÷òî è ñòîèìîñòü çàæèãàíèÿ â

èíåðöèîííîì ñèíòåçå. Ñ îäíîé ëèøü ðàç-

íèöåé: ÈÒÝÐ íå èìååò îòíîøåíèÿ ê îðó-

æèþ. Ýòî, óâû, ñèëüíî óìåíüøàåò åãî

øàíñû íà ðåàëèçàöèþ â áëèæàéøåå âðå-

ìÿ. È äåéñòâèòåëüíî, ó÷ðåäèòåëè ïîðåêî-

ìåíäîâàëè ïðîåêòàíòàì ñíèçèòü ñòî-

èìîñòü ÈÒÝÐà â äâà ðàçà. Ñåãîäíÿ îáñóæ-

äàþòñÿ âàðèàíòû, çà ñ÷åò ÷åãî ýòî

ñäåëàòü: óìåíüøàòü äëèòåëüíîñòü èìïóëü-

ñà, ñíèæàòü ãàðàíòèþ çàæèãàíèÿ?

Êàêèå ïðîáëåìû ìîãëè áû âñòðåòèòü-

ñÿ íà ïóòè ðåàëèçàöèè òàêîãî òîêàìàêà?

ÏÐÎÁËÅÌÛ

Êàæåòñÿ, ÷òî ïðåæäå âñåãî ýòî áó-

äóò ïðîáëåìû ïðèìåñåé è áîëüøîãî ñðû-

âà. Ïðîáëåìà ñðûâà  ïðîáëåìà èìïóëü-

ñíîãî (çà 13 ìñ) âûäåëåíèÿ ïðèìåðíî

1 ÃÄæ ïëàçìåííîé ýíåðãèè íà âíóòðåííèõ

ýëåìåíòàõ ðåàêòîðà â âèäå òåïëà. Åñëè â

ìàëûõ òîêàìàêàõ ñðûâ âñåãî ëèøü èíòå-

ðåñíîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå, òî äëÿ áîëü-

øèõ ñèñòåì îí î÷åíü îïàñåí. Åãî ìîæíî

ïî÷òè óñòðàíèòü ðàöèîíàëüíûì óïðàâëåíè-

åì ïëàçìåííûì ïðîöåññîì. Íî ïî÷òè.

Îñòàåòñÿ êîíå÷íàÿ âåðîÿòíîñòü îøèáêè.

Âîçìîæíî, ïîòðåáóåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ñèñ-

òåìà çàùèòû, êîòîðàÿ â ñëó÷àå ðàçâèòèÿ

áîëüøîãî ñðûâà áûñòðî èíæåêòèðóåò â

øíóð íåêîòîðîå ÷èñëî òâåðäûõ êðóïèíîê

Âå, Li ëèáî D

, ÷òîáû òå, èñïàðÿÿñü è

ïåðåèçëó÷àÿ ýíåðãèþ ó ãðàíèöû, çàùèòè-

ëè áû îò ïëîòíîãî êîíòàêòà ñ ïëàçìîé

ýëåìåíòû êîíñòðóêöèè. Ïîäîáíûå ýêñïå-

ðèìåíòû ïî «òóøåíèþ» ðàçðÿäà óñïåøíî

âåäóòñÿ íà áîëüøèõ òîêàìàêàõ.

Ïðîáëåìà ïðèìåñåé ÿâëÿåòñÿ êðèòè-

÷åñêîé íå òîëüêî äëÿ òîêàìàêîâ, íî è äëÿ

âñåé ïðîãðàììû ÓÒÑ. Íåóïðóãèå ñòîëêíî-

Ðèñ.7. Ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííûå çíà÷å-

íèÿ

ττ

äëÿ äåñÿòè ðàçëè÷íûõ òîêàìàêîâ, ãåî-

ìåòðè÷åñêè ïîäîáíûõ ÈÒÝÐó, â çàâèñèìîñòè

îò ïîäîáðàííîãî ýêñòðàïîëÿöèîííîãî ïàðà-

ìåòðà

ττ

Å PRED

= 3.65·10

2

0.97

ττ

0.08

âí

0.63

0.41

0.2

1.93

εε

0.23

0.67

Çäåñü Ì  ñðåäíÿÿ ìàññà èîíîâ, îòíåñåí-

íàÿ ê ìàññå ïðîòîíà, Ê

≈≈

≈

1.6  âåðòèêàëüíîå

óäëèíåíèå øíóðà (ñì. ðèñ.6). Äëÿ ÈÒÝÐà

ττ

Å PRED

îêîëî 6 ñ.