Тайны эры Водолея
Шрифт:
Расчеты показывают, что в таком режиме можно достичь сверхзвуковых скоростей винтового движения плазмы. Стенки плазмы приобретают при этом свойства твердого тела. Это кажется парадоксом, но именно это утверждают теория и расчеты. Так я пришел к модели "почти твердой" плазмы. Ее флюктуации сведены к минимуму. Частицы ее как бы вморожены во вращающиеся стенки. Таким же свойством обладают "стенки" смерчей. Не раз замечено, что попавшие в смерч предметы вращаются вместе и падают вместе; гигантские атмосферные вихри, словно по просьбе или молитве, опускают на землю неразрушенные дома и крыши, которые они поднимают
Но смерч линеен, а плазма кольцевая, ее начало сходится с концом. Внешне как в токамаке, но только стенки этого полого кольца вращаются - в этом отличие.
Итак, замороженная плазма. Почти твердая кольцевая конструкция, если говорить инженерным языком. С ней и нужно работать физикам. Это и есть тот путь, на который некогда вступил автор этих строк. И тут, я думаю, сыграли роль и ассоциации с эффектом Штермера. Он первым описал кольцо плазмы в виде тора. В своих работах он рисовал эту змею, кусающую свой хвост. Она опоясывает земной шар. Он рассчитал ее устойчивость. Мне оставалось лишь перейти к высоким температурам и давлениям, к сверхзвуковым скоростям вращения тела змеи вокруг ее собственного позвоночника.
Так сигналы из космоса дали первый толчок. Родилась мысль об использовании нефлюктуирующей или почти нефлюктуирующей плазмы (энергия флюктуаций в ней намного меньше энергии вращения).
Плазма капризна, и поведение ее непредсказуемо в целом ряде ситуаций. Отдаленно она напоминает о бушующем море, рисунок поверхности которого постоянно меняется, а глубинные течения и водовороты невидимы. Эта аналогия глубже, чем кажется на первый взгляд, ведь в воде есть и электрически заряженные частицы, ионы, причем иногда их концентрация велика. До некоторой степени вода тоже плазма.
Используя законы газовой динамики, как выяснено выше, из плазмы можно сформировать вращающийся тороид, причем вращение происходит по винтовой линии - то есть само тело тороида кажется неподвижным, но все частицы плазмы на его поверхности следуют по этой траектории. Внутри тороида - почти вакуум. Этот вакуум изолирован от объема ловушки стенками тороида. Они плазменные, эти стенки, но очень плотные, напоминают твердое тело. И вместе с тем частицы в них движутся.
Так мы пришли к результатам, сравнить которые уместно с тем же движением воды. Примерно так она движется в трубе смерча над морем. (Он, правда, разомкнут, не свит в кольцо.) Менее точная, зато гораздо более простая аналогия знакома каждому - это вращение воды в ванне у сливного отверстия, когда ее остается немного. Воздух втягивается вниз, в отверстие, а вода образует вертикальные вращающиеся стенки как бы вопреки даже закону гравитации. На самом деле, конечно, ни один из законов не нарушается. Просто и здесь вращение стремится создать пустоту, в нее входит воздух - в большей или меньшей степени.
Я мог бы описать несколько способов формирования вращающейся плазмы, но это уже технические детали. Достаточно сказать, что тороидальные вихри могут быть получены с помощью звуковых волн в цилиндрических вращающихся конструкциях ловущек, с использованием переменного или пульсирующего электрического поля, магнитов, питаемых по программе. Последние два способа используются уже в тороидальных камерах, а не в цилиндрических. Мне кажется, заслуживает внимания и механический подход - кольцевая турбина в
Мы, таким образом, уже перешли к техническим проектам устройств управляемого термоядерного синтеза.
Давление, или, точнее, плотность плазмы в стенках тороида, который она образует, очень значительное. Время удержания тоже велико - из-за эффекта "вмороженности" плазмы в стенки, о чем уже говорилось. Однако критерий Лоусона для такой плазмы, по-видимому, не дает полного ответа. Это происходит потому, что движение частиц плазмы иное, оно упорядоченное или "почти упорядоченное", а раз так, то флюктуации играют скромную роль. Именно поэтому известные из теории флюктуирующей плазмы закономерности и формулы перестают "работать".
Это очень интересно само по себе, но наше внимание сейчас сосредоточено на реальном техническом воплощении этого необычного проекта. Поэтому без долгих экскурсов в физику нефлюктуирующей, но движущейся плазмы вообразим, что в полое внутри кольцо вращающейся, как указано, плазмы, сбоку, извне падает луч лазера. Он возбуждает частицы плазмы на внешней поверхности тороида, сообщает им энергию. Если лазер мощный, то энергии достаточно для процесса синтеза. Легкие ядра сливаются. Выделяется энергия термояда. Такое лазерное зондирование может оказаться очень удобным, к тому же вращающаяся плазма уже готова к реакциям синтеза - ее плотность велика.
Расчеты показывают, что проект с лазером вполне работоспособен даже при сверхзвуковых скоростях движения плазмы (по винтовой линии). Лазер является удобным инструментом управления процессом термоядерного синтеза в этом варианте ловушки.
Исходя из описанной схемы можно оценить размеры устройства. Внешний диаметр его может быть несколько менее трех метров, и реакции синтеза все же будут идти так, что термоядерная энергия будет поступать во внешний контур. Такое малогабаритное устройство с укрощенным термоядом можно установить на самолет, на автомобиль или корабль, на катер или спутник. Импульсный режим позволит не создавать избытка энергии.
Кроме лазера или двух, нужны еще контрольные приборы, устройства отвода энергии, и в конце концов, если представить себе всю конструкцию, то можно прийти к знакомым физикам очертаниям циклотрона. Внешнее сходство, однако, обманчиво. Внутри - не безобидный пучок заряженных частиц, а грозный термояд, тот самый тигр, которого пытается запрячь уже второе поколение исследователей. Ради наглядности я все же попытался - с минимальными издержками - свести конструкцию к привычной наглядной схеме.
Если плазма "подогревается" лазерами, то, вероятнее всего, лучше всего покажут себя кольцевые формирующие устройства типа турбины. В первые моменты процесса формирования плазма неизбежно "отравляется" материалом лопаток, но регулировка режима лазеров (в автоматическом режиме изменяются частота импульсов и мощность) вводит процесс в рабочую зону. На первый взгляд это примитивно - использовать турбины, напоминающие простые вентиляторы, в таких ответственных установках. Но именно простота может сделать их незаменимыми на всех видах транспорта.