Читать «Беседы об атомном ядре» онлайн - страница 111

К счастью, с этой бедой Токамак автоматически справляется сам. Ток, текущий по плазме, окружает ее магнитным одеялом. Оно-то и касается стенок раньше плазмы. Силовые линии, пересекая толстую металлическую стенку камеры, наводят в ней ток (так называемый ток Фуко), обратный по направлению току в плазме. А противоположные токи всегда отталкиваются. Поэтому плазменный виток вместо соприкосновения со стенкой отшатывается от нее.

Долго физики пестовали плазму в Токамаке. Из года в год они все сильнее подавляли «микробы» неустойчивости, сокращавшие жизнь горячей плазмы. Упорная борьба с ее болезнями и недомоганиями привела к большому успеху: в Токамаке была выращена практически устойчивая плазма. Но, даже находясь как будто в устойчивом, равновесном состоянии, горячая плазма все равно живет недолго, так как подвержена всякого рода случайностям. Она, если так можно сказать, куда чувствительнее принцессы на горошине. Под магнитной периной в 40 тысяч эрстед она ощущает слабое дополнительное поле даже в десять эрстед, случайно оказавшееся поблизости. Кончается это плохо — возмущенная плазма выходит из состояния равновесия и попадает на стенки камеры.

Беда еще и в том, что плазма все-таки теряет полученную энергию. Между плазмой и стенками камеры — огромный перепад температуры. Несмотря на то, что сама камера тоже горячая, раскаленной до миллионов градусов плазме она кажется ледяной. Подчиняясь закону теплопроводности, горячие частицы плазмы все время стремятся передать энергию холодным стенкам. Заряженные электроны и ядра дейтерия, вращаясь вокруг силовых линий продольного магнитного поля, сталкиваются друг с другом и в результате перескакивают с одной силовой линии на другую. Так почти незаметно для магнитного поля частицы достигают стенок и отдают им немалую часть энергии плазмы.

Плазма, живущая в Токамаке, предъявляет к своему дому очень высокие требования. Он должен быть абсолютно чист. Поэтому перед каждым опытом камеру тщательно чистят: долго откачивают воздух при высокой температуре. Но даже считанные атомы тяжелых элементов, застрявшие там, сваливаются со стенок и сильно охлаждают плазму. На таком атоме ворох электронных одежд. Снимая их — ионизируя атом, — плазма опять теряет энергию.

О качестве выращенной плазмы можно судить только после того, как станут известны температура ее ионов и электронов и плотность частиц. Измерить эти величины в веществе, находящемся в четвертом состоянии, очень трудно. Как подобраться к плазме, аккуратно спеленатой двумя магнитными полями, висящей в глубоком вакууме, спрятанной от экспериментаторов в камере с двойными металлическими стенками? Она все время рядом, но существует как будто в другом мире!

И все-таки ученые нашли способы определения числа частиц в камере и измерения их температуры. Оказалось, что температура ионов в Токамаке-3 достигала 400 электрон-вольт (то есть почти 5 миллионов градусов), а электронов — 1000 электрон-вольт. (Эти результаты были подтверждены и в совместном эксперименте английских и советских физиков, в котором с помощью лазеров одновременно измерялась температура электронов и концентрация этих частиц в Токамаке.) При такой температуре некоторая часть ядер дейтерия уже имела энергию, которая давала им возможность вступать в реакцию термоядерного синтеза.