К сожалению, сейчас нет таких лазерных установок, которые удовлетворяли бы всем необходимым условиям.
Мала энергия импульса. Используемые при экспериментах лазеры с неодимовым стеклом имеют очень низкий коэффициент полезного действия, всего около 0,3 процента, а нужно 10-15. Предельная частота импульсов таких лазеров всего один в секунду, а нужно 10, еще лучше 100.
Лучшими характеристиками будут обладать лазеры с углекислым газом.
У них более высокая эффективность работы, и они чаще могут создавать импульсы. Однако не подходят их слишком длинные волны, из-за чего возникают значительные трудности при разработке оптических элементов и фокусировке.
Как и в любом другом усилителе, на выходе лазера всегда присутствуют шумы - излучение из-за самопроизвольного высвечивания атомов. Пока нет основного импульса, это излучение в течение одной десятой или сотой доли секунды действует на шарик-мишень. Чтобы под действием этого "фона" он не испарился, не дождавшись основного импульса, нужно, чтобы величина фона была слабее импульса в сотни миллиардов раз (!).
Еще неясно, каким путем достичь такой контрастности фона и основного импульса. А ведь нужно еще бороться с отраженным лучом лазера, с неоднородностью освещенности и обеспечивать синхронность импульсов всех каналов.
Обратимся теперь к камере реактора, на корпус которой при микровзрыве мишени обрушивается поток рентгеновского излучения, нейтронов и горячей плазмы.
Давление взрыва, эквивалентного энергии одного килограмма тринитротолуола, при радиусе камеры в полметра составляет около 100 атмосфер. Это, кажется, не очень страшно - ведь можно увеличить ее размер.
Но все же потоки нейтронов и рентгеновского излучения могут приводить к повреждению стенок. Только за год работы камера должна выдержать несколько миллиардов взрывов.
Обеспечить это довольно трудно. Однако можно защитить стенки жидким испаряющимся литием, который будет и поглотителем нейтронов, и поставщиком трития.
К сожалению, при этом возникает новая проблема.
Ведь в камере после каждого микровзрыва нужно очень быстро создавать вакуум. Это трудно сделать даже при сухих стенках, а если они влажные, то на откачку камеры после каждого микровзрыва потребуется около секунды. А нужно, чтобы каждую секунду происходил не один взрыв, а десять, сто! Есть из этого затруднения какой-либо выход? Пока есть не очень выгодный вариант: вспышки лазера направлять не в одну, а в десять или сто камер. В этом случае конструкция существенно усложняется, а реактор удорожается. Вопросы экономики для лазерного реактора также одно 1-3 слабых мест. Чтобы получаемая энергия была достаточно дешевой, на один импульс лазера и один шарикмишень можно истратить только несколько тысячных долей копейки. Сейчас они стоят в десятки тысяч раз дороже.
Теперь, пожалуй, пора прервать перечисление недостатков и требований, чтобы не впасть в черный пессимизм. Трудностей впереди еще много. Но давайте оглянемся, и мы увидим, сколько позади, казалось бы, таких непреодолимых трудностей! Сколько было моментов, когда казалось, что работу лучше прекратить. И все же исследование и поиск продолжались и находились нчвые, порой неожиданные решения этой труднейшей задачи.
ТОКАМАКИ ВПЕРЕДИ
Ваша идея, конечно, безумна. Весь вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы оказаться верной.
Н. Бор
После экспериментов, проведенных с импульсными разрядами, стало ясно, что получение термоядерной реакции в таких системах неперспективно. Проблему нельзя было взять прямой лобовой атакой. Мечту о быстром овладении термоядерной энергией пришлось отложить. Исследования по магнитному удержанию плазмы на многие годы перешли в русло физических исследований ее свойств в различных конфигурациях магнитного поля.
Несколько лет спустя академик Л. Арцимович так говорил об этом периоде: "И все же вряд ли могут быть какие-нибудь сомнения в том, что проблема управляемого термоядерного синтеза будет решена. Неизвестно только, насколько затянется наше пребывание в "чистилище". Из него мы должны будем выйти... неся в руках спокойную, устойчивую высокотемпературную плазму, чистую как мысль физика-теоретика, когда она еще не запятнана соприкосновением с экспериментальными фактами".
Физики перешли к планомерной осаде термоядерной крепости. Как из рога изобилия посыпались различные предложения по новым методам решения проблемы, методам изучения физики плазмы. Изобилие требовало отсеять идеи малоперспективные и выбрать самые интересные.
С этой целью И.Курчатов в 1955 году собрал в Институте атомной энергии историческое для физиков-термоядерщиков совещание, на котором были оценены результаты четырехлетней работы и обсуждены перспективные направления.
Для очень многих участников этого совещания сообщения ученых о работах по управляемым термоядерным реакциям были подлинным сюрпризом. Мало кто ожидал, что исследования ведутся с такой широтой и размахом. И. Курчатов был одним из первых, сумевших оценить и понять объем и круг предстоящих исследований: он неоднократно подчеркивал необходимость широкого развертывания работ в других институтах и их открытых обсуждений. "Надо не засекречивать эти работы, - настаивал он, - а развивать международное сотрудничество".
Сенсация в Лондоне
В апреле 1956 года в газетах Англии, США и Франции запестрели заголовки: "Работы по термоядерному синтезу раскрыты!", "Русские впереди!", "Курчатов раскрыл секреты!"
На этот раз эти сенсационные газетные заявления не были беспочвенными. В английском атомном центре Харуэлле И. Курчатов сделал научный доклад о проведенных в СССР исследованиях импульсных разрядов в прямых трубах. Причем это было не тривиальное сообщение общего характера о том, что в СССР, мол, ведутся такие-то работы. Нет, это был действительно обстоятельный научный доклад с результатами экспериментальных исследований, их обсуждением и анализом.
Вернувшись тогда из Англии, И. Курчатов занялся налаживанием международных научно-технических связей. Были полностью рассекречены работы по термоядерному синтезу в возглавляемой им лаборатории № 2, которая с того времени получила современное название - Институт атомной энергии. Но ученые США и Англии отреагировали не сразу.
В том же 1956 году в американском городке Гетлинберге собрались на конференцию американские исследователи термоядерного синтеза. Перед участниками конференции лежал размноженный перевод доклада И. Курчатова в Харуэлле: "Термоядерные исследования в СССР". Нужно было дать ответ на эту инициативу.
Среди многих обсуждавшихся вопросов был и такой:
продолжать ли хранить свои исследования в секрете или опубликовать результаты работ, как это сделали русские?
Обсуждение было достаточно горячим. Несмотря на разумные доводы сторонников широкого международного сотрудничества, большинство склонилось к тому, чтобы не отвечать на обращение советских ученых, сделать вид, что доклад И. Курчатова не был замечен. Все же в конце концов инициатива СССР заставила ученых многих стран принять активное участие в исследованиях в области, которой был посвящен знаменитый доклад.
Начались работы во Франции. Более энергично стали проводиться исследования в Англии. В печати о них стала появляться информация. В 1957 году на конференции, состоявшейся в Венеции, о своих экспериментах доложили ученые США, Франции, Англии и ФРГ.
В начале 1958 года появилась статья английских ученых о результатах работ на установке ЗЭТА, а в сентябре в Женеве состоялась вторая международная конференция по мирному использованию атомной энергии.
Наряду с результатами работ по ядерным реакторам деления на ней было представлено много работ по термоядерным исследованиям.
Оживленная дискуссия происходила на нескольких языках, и впервые эта тема стала приобретать истинно международный характер. В последующем были опубликованы многие статьи и сообщения, а также обнародованы сведения по стеллараторам, ловушкам с магнитными зеркалами, устройствам с молекулярными пучками ионов, тороидальным камерам и другим различным установкам.
Я намеренно привел здесь несколько не очень понятных наименований исследований и устройств, чтобы можно было почувствовать атмосферу новых понятий и различных направлений развития, возникшую в результате шагов, предпринятых советскими учеными.
Хотя наметившийся широкий размах исследований радовал ученых, занимавшихся термоядерным синтезом, однако настораживал излишек всевозможных направлений. На каком из них следует сосредоточить внимание? Какое даст нужный результат, а не заведет в тупик?
Шорох орехов
Перед физиками-теоретиками и экспериментаторами стоял, казалось бы, бесконечный набор серьезных научных проблем и более простых, но также требующих экспериментального исследования. Как удержать плазму в термоядерной установке? Каким образом ее нагреть? Откуда брать тритий, необходимый для проведения реакции? Какие материалы наиболее пригодны для установок? Наконец, совсем будто бы простой вопрос: как измерить температуру плазмы?
