Атомный век Игоря Курчатова - Александр Анатольевич Цыганов

Значит, строим токамак! Первоначально ТоКаМаг – Тороидальная Камера Магнитная. Аббревиатуру предложил Головин, а последнюю буковку изменили во избежание мистических аллюзий.

Идея устройства исходила от Сахарова с Таммом, которые в свою очередь «подпитались» от мыслей Лаврентьева. Только, в отличие от того, они предложили удерживать плазму не электрическим, а тем самым магнитным полем.

Это выглядело обещающе не только с точки зрения управления плазмой. Тороидальное магнитное поле служит также квазистенками камеры, которую, естественно, нельзя собрать ни из каких металлов или других конструкционных материалов. Самый огнеупорный, графит, начинает испаряться при температуре меньше 4000 градусов. Какие уж тут миллионы…

И.В. Курчатов и А.П. Александров с сотрудниками. Конец 1950‐х гг.

[НИЦ «Курчатовский институт»]

Первоначальную модель усложнили: по шнуру плазмы должно «работать» тороидальное поле электрического тока, который обеспечивает разогрев плазмы и равновесие плазменного шнура в вакуумной камере. Собственно, это и есть главная особенность токамаков – сочетание и взаимодействие внешнего и внутреннего электромагнитных полей.

Первый токамак под техническим руководством Головина был построен в 1954 году. И он действительно решил проблему стабильности плазмы. Но лишь в общем смысле. Потому что дальше вступала в действие сама природа.

Плазма – это ионизированный газ. То есть такой, где даже нейтральный по природе атом дейтерия «раздет» и разделён на положительное по заряду ядро (протон плюс нейтрон) и отрицательный электрон. Из-за этого сама плазма создаёт вокруг себя электромагнитные поля, описываемые сложной теорией магнитной гидродинамики. Соответственно, под действием разнонаправленных внешних и внутренних сил плазма становится неустойчивой, выходит из-под контроля. Появляется, например, дрейф частиц плазмы – снос их к стенкам реактора.

Токамак T-1.

[НИЦ «Курчатовский институт»]

Значит, требуется новая теория для понимания механизмов возникновения неустойчивостей. А к ней – необходимые исследования и эксперименты для наработки механизмов стабилизации плазмы. Требуется создание специальной аппаратуры для реализации таких механизмов. А это, понятно, – время и деньги.

Следующий фактор неопределённости – высокие температуры. Как ни защищай внешние стенки реактора, но запредельный жар на них воздействует. Аналогично тому, как солнечное излучение даже через вакуум нагревает борта космических аппаратов.

А далее создатели токамаков получили нового врага – пыль от разрушающихся материалов этих самых стенок реактора. Откуда она берётся? Оказывается, от освобождаемых в процессе термоядерного синтеза нейтронов, которые электромагнитного поля не боятся и, попадая в стенки реактора, охрупчивают их. Да и тот же дрейф плазмы сохранности стенок никак не способствует.

Ну и, наконец, сам принцип токамаков, которые используют очень сильные магнитные поля для удержания плазмы, приводит к массе технических трудностей. Для мощных полей нужны магниты на сверхпроводниках. А сверхпроводимость – плод очень низких температур. Под абсолютный ноль.

Даже открытое в 1986 году явление высокотемпературной сверхпроводимости в керамическом соединении La2‐xBaxCuO4 имело место при критической температуре 35 градусов Кельвина, то есть минус 238 градусов по Цельсию. Лишь в наши дни учёные подбираются к сверхпроводимости при комнатной температуре, но и тут обычно дело идёт о крайне экзотических и потому крайне дорогих соединениях. Помещаемых к тому же под крайне экзотические величины давления, сравнимого с тем, что господствует в центре Земли.

Так или иначе, хозяйство это очень хлопотное, требующее неуклонного поддержания нужных температур и прецизионного обслуживания хрупких сверхпроводящих материалов, в которых из-за сильных магнитных полей возникают механические напряжения.

Разумеется, при жизни Курчатова представления о масштабе будущих проблем никто ещё не имел. Включая и самого Игоря Васильевича. Вряд ли он мог предположить в годы и общего, и своего личного радостного энтузиазма по поводу скорого овладения управляемой термоядерной энергией, что 13 стран-участниц из самых научно развитых в мире будут строить экспериментальный реактор на базе токамака в течение 40 лет! И конца этой стройке не будет видно и в 2020‐х годах – несмотря на то что токамаки стали самым отработанным и наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Однако ещё тогда, в середине 1950‐х годов, Игорь Васильевич что-то в этом роде то ли чувствовал, то ли предчувствовал. Возможно, потому и посвятил последние годы жизни работе над альтернативной токамакам установкой для термоядерного синтеза – уже упоминавшейся установкой «Огра».

Что это такое? По сути, труба, помещённая в продольное магнитное поле. Внутри неё вакуум, в вакууме во взвешенном состоянии плазма. На концах трубы магнитное поле усиливается, образуя так называемые магнитные пробки и создавая открытую адиабатическую ловушку для накопления плазмы.

Может быть, перспективнее токамака, как показывали расчёты. Потому «Огра» и стала любовью Курчатова в последние годы жизни и научной деятельности.

Первый приступ к этой модели экспериментального термоядерного реактора, название которого – как утверждали, «в шутку» – расшифровывалось как «один грамм нейтронов», был сделан в 1957 году. Начали с проектирования модели, дабы понять, как должна функционировать натуральная установка.

Чтобы получить на эту тему дополнительное – вернее, дотоле не предусмотренное – финансирование, Игорь Васильевич 30 декабря 1957 года обратился прямо к первому лицу. То есть к Н.С. Хрущёву, чью основную слабость он уже уловил: желание любой ценою заткнуть за пояс западных империалистов.

А тут как раз предстояла Вторая Женевская конференция по мирному использованию атомной энергии. После фурора, произведённого докладом Курчатова о достижениях в советских ядерных исследованиях на первой конференции в 1956 году, советское руководство с куда большим вниманием, чем прежде, стало относиться к предложениям Курчатова касательно мирного использования атомной энергии. И ещё, что внушало очень оптимистичные надежды, – относительно международного сотрудничества в овладении управляемым термоядерным синтезом.

Тогда, в Харуэлле, в ходе визита большой советской делегации в Англию в апреле 1956 года, Игорь Васильевич с интересом осмотрел два из шести тамошних атомных реакторов. Ничего выдающегося не обнаружилось – котлы похожи на те, которые имеются в Советском Союзе. Так и сказал англичанам, и это, видимо, их, веками пестовавших своё самолюбование, задело. Впрочем, они виду не показали. А директор Харуэллского атомного центра Джон Кокрофт пригласил русского гостя прочитать лекцию «о физике и о развитии атомной энергии в России».

Курчатов прочитал. Рассказал – что можно было – о системном построении мирной атомной энергетики в СССР. В известном смысле говорил больше о будущем – первая программа строительства атомных электростанций была принята буквально только что, в марте 1956 года, на XX съезде КПСС. Там было намечено строительство четырёх атомных электростанций и опытных энергетических реакторов.

Курчатов не стал, естественно, делиться тем, как они с Александровым и Славским убеждали политическое руководство в перспективности развития именно атомной энергетики. Ведь польза от этой дорогостоящей и небезопасной (об инцидентах на атомных объектах, включая ту эпическую аварию на 817‐м комбинате, правительство было полноценно информировано) отрасли была далеко не