Новосибирские физики вместе со своими российскими и зарубежными коллегами работают над созданием первого в мире термоядерного реактора ИТЭР, запуск которого станет важнейшим шагом к термоядерной энергетике будущего. ИТЭР – токамак, замкнутая магнитная установка для удержания плазмы. Сегодня в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разрабатывается и новый формат альтернативного варианта магнитных ловушек – открытого типа. Согласно прогнозам ученых, концепция использования магнитного поля со спиральной симметрией, которая легла в основу создания винтовой ловушки СМОЛА, позволит открытым ловушкам сравняться с топовыми токамаками по показателям удержания плазмы
Ученые серьезно задумались о возможности управляемого термоядерного синтеза после испытания первой водородной бомбы, и первой задачей в этом направлении стало «приручение» высокотемпературной плазмы. Другими словами, нужно было добиться определенных параметров температуры, плотности и времени удержания этого «звездного» вещества.
Как удержать плазму
Если на Солнце плазму удерживает гравитационное поле, то на Земле решили работать с магнитным. Уже в 1950 г. советские физики А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм выдвинули идею создания термоядерного реактора на основе принципа магнитного удержания и предложили концепцию замкнутой магнитной ловушки. Так появился токамак – тороидальная камера с магнитными катушками, или, по-простому, «бублик» с током. Работы по созданию токамаков возглавил Л. А. Арцимович, руководитель советской программы по управляемому термоядерному синтезу с 1951 г.
«Токамак» – это аббревиатура от словосочетания «тороидальная камера магнитная», которую предложил ученик академика И. В. Курчатова, И. Н. Головин. Создатель первой тороидальной системы Н. А. Явлинский предложил для благозвучия заменить букву «г» на «к». В таком виде это слово вошло во все языки мира
Конфигураций «закрытых» ловушек было разработано несколько, но именно на токамаке Т‑3 в московском Курчатовском институте были получены первые, ошеломительные для того времени результаты: плазма с температурой свыше 10 млн °C! Об этих результатах впервые сообщили на Международной конференции МАГАТЭ по физике плазмы и управляемым термоядерным реакциям, которая прошла в новосибирском Академгородке в 1968 г., а токамаки с тех пор стали основой мировой термоядерной программы.
Впрочем, однозначно сказать, что «победили» именно токамаки, нельзя, пока нет ни одной промышленной термоядерной станции. Сегодня активно исследуются и запускаются другие, более сложно устроенные замкнутые ловушки – стеллаторы, предложенные еще в 1951 г. американцем Л. Спитцером, а также альтернативные установки – ловушки открытого типа. В простых по геометрии открытых магнитных ловушках плазма удерживается в определенном объеме «продольного» магнитного поля, причем для предотвращения ее вытекания по силовым линиям используются разные виды магнитных «пробок» и специальных расширителей.
Концепция открытой магнитной ловушки была предложена в 1953 г. независимо друг от друга двумя учеными: Г. И. Будкером (СССР) и Р. Постом (США). Через шесть лет справедливость этой идеи была подтверждена в эксперименте С. Н. Родионова, сотрудника только что созданного новосибирского Института ядерной физики СО АН СССР. С тех пор ИЯФ является лидером в проектировании, строительстве и экспериментах с ловушками открытого типа.
Конечно, современные установки новосибирских ученых экспериментальные, а поэтому небольшие, импульсные. Но теоретически такой тип магнитных ловушек перспективен для использования в промышленном термоядерном реакторе, поскольку они имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению с замкнутыми: у них более простое инженерное решение, большая эффективность использования энергии магнитного поля, т. е. более высокая экономичность. К тому же работа этих устройств в стационарном режиме в отличие от токамаков не вызывает проблем.
Сегодня группа физиков из плазменных лабораторий ИЯФ работает над свежей идеей: использовать для подавления продольных потерь плазмы из открытой ловушки магнитное поле с винтовой симметрией, позволяющее управлять вращением плазмы. Для проверки этой концепции была разработана и построена экспериментальная установка СМОЛА (Спиральная Магнитная Открытая Ловушка)...
