Ядерная физика в Харькове

 

Данная страница создана на основе обзорных статей ведущего харьковского физика-ядерщика Владимира Тарасовича Толока

Одна из экспериментальных установок УФТИ, стелларатор "УРАГАН" (фотография   80-х годов ХХ века)

   
  

После известного выступления Игоря Васильевича Курчатова в Харуэллской лаборатории (Англия), положившего начало международному сотрудничеству в области управляемого термоядерного синтеза, стала очевидной необходимость расширения фронта научных исследований. По инициативе Курчатова Харьковский физико-технический институт также был привлечён к решению этой проблемы. Возглавил работы академик К.Д.Синельников. Его эрудиция позволила в короткий срок развернуть работы по нескольким направления физики плазмы: исследования по магнитной гидродинамике, физике плазменных потоков, ВЧ-свойствам плазмы, коллективным процессам (происходящим при взаимодействии потоков заряженных частиц с плазмой). Особенно широкий размах приняли работы после визита И.В.Курчатова в Харьков в 1960 г.

Весьма заинтересовали Курчатова перспективы ВЧ-нагрева плазмы до высоких температур в больших объёмах. Именно тогда, возле установки “Снег” для ВЧ-нагрева плазмы, услыхал Владимир Тарасович Толок о новой задаче – строительстве большого стелларатора в Харькове. Официальное и одновременно захватывающее предложение заняться сооружением большого стелларатора последовало на следующий день, и Толок принял его. Курчатов придал определённое направление всеобщим горячим обсуждениям перспектив развития плазменных исследований, по его предложению был проведен специальный и весьма плодотворный семинар с участием Института атомной энергии и НИИЭФА.

Толок был срочно откомандирован в Москву в распоряжение Курчатова. Темп подготовки к сооружению стелларатора был чрезвычайно высок, каждый рабочий день молодого учёного был расписан по часам: с утра в кабинете Курчатова – постановка задач на день, вечером – информация о сделанном. В субботу вечером, если позволяла обстановка, можно было уезжать в Харьков, но в понедельник утром снова нужно было быть в Москве. В сооружении установки участвовало много людей, но главную организационную работу взял на себя Курчатов. Временами от такого темпа захватывало дух, но главным было у В.Т. чувство подъёма от участия в большом серьёзном деле, которое делается весело, с широким уверенным размахом при желании всех участников помогать друг другу, исключающим многие формальности. Так ему довелось познакомиться с курчатовским стилем работы.

В день внезапной кончины И.В.Курчатова, 7 февраля 1960 г., в “Правде” была опубликована его статья, написанная после посещения ХФТИ. В ней он писал: “Самое сильное впечатление произвели на меня кадры института, поистине являющиеся его золотым фондом”. Подводя итог знакомству с первыми исследованиями харьковских физиков, он утверждал: “Все это позволяет уже сейчас перейти на Украине к проектированию и строительству крупных установок для проведения исследований по термоядерным реакциям”. Это были ко многому обязывающие слова доверия, они оказались словами прощания и одновременно наказом продолжать начатое дело.

Ещё в Харькове Игорь Васильевич называл основные параметры нового стелларатора: диаметр сечения плазмы – 1 м, напряжённость магнитного поля до 75 кГс. Установка должна была значительно превзойти американский стелларатор-С в Принстоне, о котором в ту пору много писали. Конечно, намеченные параметры были очень высокими. Через 18 лет, минувших с тех пор, развитие исследований привело к созданию крупных тороидальных установок, при этом крупнейшие токамаки СССР (Т-10) и США (PLT) по своим основным параметрам как раз оказались равными той установке, которую предлагал строить И.В.Курчатов. Однако после его кончины начался едва ли не самый тяжёлый период борьбы за стеллараторы, и при окончательном выборе масштабов стелларатора победила осторожность: в итоге в ХФТИ была сооружена установка “УРАГАН”, по своим размерам равная стелларатору-С. И всё же “Урагану” суждено было сыграть важную и ответственную роль лидера в стеллараторных исследованиях.

Стеллараторы и токамаки представляют собой две разновидности тороидальных систем для удержания плазмы. Основой тороидальной системы является вращательное преобразование силовых линий магнитного поля, обеспечивающее равновесие и устойчивость плазменного тора (проще говоря, огромного огненного бублика) внутри магнитной ловушки. Способы же создания вращательного преобразования у стелларатора и токамака разные. В токамаках в создании вращательного преобразования участвует магнитное поле тока, текущего по плазме внутри тороидальной камеры, а в стеллараторах – поле тока во внешних винтовых обмотках, окружающих эту камеру. В обеих системах используется также тороидальное (основное) магнитное поле, создаваемое соленоидом, надетым на тороидальную камеру. Первые токамаки привлекали сравнительной простотой конструкции. Их легче было строить и результаты можно было получить быстрее. Но всегда было очевидно, что изучать физику тороидального удержания плазмы предпочтительнее на стеллараторах. В этом случае можно строго контролировать качество магнитных поверхностей в вакууме до заполнения установки плазмой, нагрев плазмы можно осуществлять независимо от удержания, возможно изучение удержания “бестоковой” плазмы. Однако наличие дополнительной винтовой обмотки делает такую установку более сложной, требует решения дополнительных технологических проблем.

Вскоре после пуска стелларатор “Ураган-1” так же успешно, как и токамаки, преодолел пресловутый “бомовский барьер”. На “Урагане-1” время жизни частиц плазмы в 30 раз превышало “бомовское” время. В ХФТИ эксперименты по исследованию удержания и нагрева горячей и плотной плазмы проводили также на стеллараторных установках “Ураган-2”, “Сириус”, “Сатурн” и “ВИНТ-20”. Важным этапом в развитии стеллараторов явилась разработка торсатронной магнитной системы, предложенной независимо друг от друга В.Ф.Алексиным (ХФТИ) и С.Гурдоном (Франция). Установка “Сатурн”, построенная в 1970 году, явилась первым воплощением этой идеи. На “Сатурне” впервые была показана идентичность магнитных систем стелларатора и торсатрона в удержании плазмы. В то же время конструкция торсатрона имеет ряд существенных улучшений. Поэтому основные физические исследования по программе “Ураган” было решено перенести на торсатронные установки. В 1978 г. новый строящийся торсатрон, названный “Ураган-3”, был ориентирован на широчайший спектр экспериментов при различных ВЧ-способах создания и нагрева плазмы, омического её нагрева, инжекции плазмы и нейтральных частиц. Новой чертой “Урагана-3” явилось применение криовакуумной системы откачки.

Создание стеллараторов-торсатронов, имеющих все необходимые для термоядерного реактора системы, стало важным шагом вперед в развитии исследований стационарного удержания плазмы в замкнутых магнитных ловушках. На всех уровнях проводимых работ безусловно благоприятно сказалось деловое международное сотрудничество, прежде всего с США. На протяжении 15 лет (1973 – 1987) существования советско-американской комиссии по “термояду” ХФТИ неизменно был представлен в ней в лице руководителя отделения физики плазмы В.Т.Толока.

Время убедительно показало перспективность стеллараторов. Развиваются их исследования в Германии (большой стелларатор W-7ч в Грейсвальде), гелиотрон (торсатрон) такого же масштаба – LHD - изучается в Японии. Сегодня совершенно очевидно, что слишком недальновидное решение вышестоящих чиновников вкупе с “учёными советчиками-оппонентами” отречься от строительства стелларатора “Украина” с параметрами, предложенными И.В.Курчатовым, по меньшей мере на 15 лет затормозило развитие исследований по проблеме УТС (управляемый ядерный синтез) во всём мире, не только в Харькове.

Но даже четырёхкратное сокращение объёмов финансирования после смерти И.В.Курчатова не помешало заложить в Харькове основы современной экспериментальной базы по “термояду”, мощность которой неуклонно нарастала до середины 80-х годов XX века. И сегодня этот единственный в Украине термоядерный комплекс (огромные производственные и лабораторные помещения, уникальный энергокорпус с общей мощностью свыше 250 мегаватт (!)) может и должен использоваться для продолжения важной для державы работы. Ситуация с кадрами специалистов-термоядерщиков пока тоже не безнадёжна. Давайте не забывать об академике И.В.Курчатове, который умел решать великомасштабные задачи государственного значения и который верил в харьковскую физическую школу.

  
Rambler's Top100
Home Добро пожаловать | Городские власти | Путешествие по Харькову | Что,Где,Когда
Общая информация | Харьковский регион | Путешествие по сайту | Интернет

Украинская баннерная сеть

META - украинская поисковая система TopList Rambler's Top100

Использование текстов и изображений разрешается только со ссылкой на сайт