Токамак: как магнитное поле должно удерживать горячую плазму
В 1950 году Андрей Сахаров и Игорь Тамм предложили концепцию магнитного удержания плазмы для управляемого термоядерного синтеза. Эти разработки стали основой направления, позднее получившего название «токамак».
Как это было
В термоядерной реакции лёгкие атомные ядра соединяются и выделяют энергию. Для осуществления такого процесса в управляемых условиях нужно нагреть вещество настолько сильно, что оно становится плазмой — газом из заряженных частиц. Обычный материал стенок не может непосредственно удерживать такую среду при необходимых температурах.
Сахаров и Тамм предложили использовать для этого магнитное поле. В 1950 году они сформулировали принципы магнитной теплоизоляции плазмы и исследовали возможность реактора с замкнутой камерой. Замысел состоял в том, чтобы удерживать заряженные частицы вдали от стенок и дать им достаточно времени для взаимодействия.
Разработка переросла в длительную экспериментальную программу. В Институте атомной энергии строили установки, проверяли устойчивость плазмы, способы её нагрева и параметры магнитного поля. Само слово «токамак» появилось позднее и обозначило устройство с тороидальной камерой и магнитными катушками.
Как это работало
Камера токамака напоминает кольцо, или бублик. Внутри находится разреженная плазма, а снаружи расположены катушки, создающие магнитное поле. Заряженные частицы движутся вдоль магнитных силовых линий, поэтому можно уменьшить их контакт со стенками камеры.
В классической схеме важную роль играет также электрический ток, проходящий через плазму. Он создаёт собственное магнитное поле, которое в сочетании с внешним помогает формировать замкнутые траектории частиц. Исследователи должны одновременно добиваться высокой температуры, достаточной плотности и длительного удержания плазмы.
Что было дальше
На основе концепции создавали последовательные поколения экспериментальных установок. Исследования выявляли неустойчивости плазмы и способы управления ими, позволяя постепенно совершенствовать магнитные ловушки. Токамаки стали предметом международных исследований управляемого синтеза.
Принцип тороидального магнитного удержания положен и в основу международного проекта ИТЭР. При этом первоначальное предложение 1950 года было теоретической схемой, а не готовым энергетическим реактором: путь от идеи к экспериментальным установкам занял годы.
В те же годы
Через Северный полюс без посадки: рейс АНТ-25 в Америку
18–20 июня 1937 года Валерий Чкалов, Георгий Байдуков и Александр Беляков перелетели из Подмосковья через Северный полюс в американский Ванкувер. Самолёт АНТ-25 провёл в воздухе более 63 часов.
1937наука«Северный полюс-1»: научная станция на движущейся льдине
В 1937 году в районе Северного полюса начала работу дрейфующая научная станция «Северный полюс-1». Иван Папанин, Эрнст Кренкель, Пётр Ширшов и Евгений Фёдоров проводили наблюдения, пока льдина перемещалась по океану.
1937связь и радиоМногорезонаторный магнетрон: источник сантиметровых радиоволн
В 1937 году инженеры Николай Алексеев и Дмитрий Маляров испытали мощный многорезонаторный магнетрон. Прибор создавался в ленинградском НИИ-9 под научным руководством Михаила Бонч-Бруевича.
1937приборы и измеренияСверхтекучесть: когда жидкий гелий почти не сопротивляется течению
В 1937 году Пётр Капица обнаружил необычное течение жидкого гелия при очень низкой температуре. В опытах выяснилось, что ниже определённого температурного порога жидкость способна проходить через узкие каналы с чрезвычайно малым сопротивлением.
1937медицина и фармакологияМеханическое сердце Демихова: опыт 1937 года
В 1937 году Владимир Демихов участвовал в создании механического сердца с электроприводом и испытал его на собаке. Аппарат был экспериментальным: он должен был заменить собственное сердце животного и поддерживать движение крови.
1937приборы и измеренияСвечение быстрых частиц: теория Тамма и Франка
В 1937 году Игорь Тамм и Илья Франк объяснили свечение, открытое Павлом Черенковым при исследовании жидкостей. Они показали, при каких условиях движущаяся в веществе заряженная частица испускает свет.