Наше Солнце светит благодаря реакциям термоядерного синтеза. В ходе таких реакций ядра лёгких элементов — например, изотопов водорода дейтерия и трития, — объединяются в более тяжёлые с колоссальным выделением энергии.
В созданных человеком атомных реакторах используются реакции другого типа — реакции деления. Хотя в обоих случаях энергия выделяется в ходе превращения атомных ядер, есть и важное отличие: при синтезе не образуется опасных радиоактивных изотопов. Фактически это мечта энергетиков — большой выход энергии при крайне малых затратах вещества и почти нулевом количестве отходов. К тому же механизмы запуска и поддержания реакций термоядерного синтеза исключают возникновение разрушительных аварий.
Чтобы реализовать термоядерный синтез, нужно заставить ядра лёгких элементов объединиться. Для этого требуется разогреть вещество до очень высокой температуры — в таком состоянии его называют плазмой. Токамак — это физическая установка, в которой плазма удерживается от соприкосновения со стенками камеры при помощи магнитных полей. Камера имеет форму тора, что и отражено в названии: токамак — «тороидальная камера с магнитными катушками». Эта русская аббревиатура вошла в несколько десятков языков, включая иврит и японский. Возможно, именно токамаки станут основой энергетики будущего, ведь в такой конструкции теоретически можно запустить мощную и экологически безопасную термоядерную реакцию.
Принципиальную схему токамака в 1951 году предложили Андрей Сахаров и Игорь Тамм. Воплощением идеи в жизнь занялись Игорь Головин, Натан Явлинский и Лев Арцимович. Сначала учёные построили небольшую модель и убедились, что плазму действительно можно «свернуть» в кольцеобразный шнур и удерживать внутри вакуумной камеры при помощи магнитного поля. Дальнейшее развитие токамаков пошло по пути наращивания объёма установки, роста температуры плазмы и увеличения времени работы: в идеале плазменный шнур должен «гореть» непрерывно.
«Токамак-10» построили в Институте ядерной энергии имени И.В. Курчатова в 1975 году. На тот момент это была крупнейшая в мире установка данного типа. Благодаря дополнительному нагреву мощностью 400 кВт, который обеспечивал микроволновый излучатель, учёные впервые достигли температуры, необходимой для запуска термоядерных реакций. Но в «Токамаке-10» плазма ещё не была достаточно плотной и «гасла» слишком быстро, поэтому были развёрнуты работы по созданию более совершенных токамаков.
Макет установки «Токамак-10» изготовлен в 1980-х на Московской фабрике наглядных пособий и демонстрационной аппаратуры. Макет электрифицирован. Часть стенки плазменной камеры показана снятой: за ней виден схематически изображённый плазменный шнур оранжевого цвета. Также можно рассмотреть магниты, в поле которых плазма и сворачивается в тор, различные трубопроводы и патрубки, через которые внутрь камеры с плазмой вводятся измерительные приборы.