На відміну від принципу МГД-генераторів, ідеї магнітної пастки не довелося чекати втілення настільки довго. Але і тут знадобилося чверть століття, перш ніж силові лінії магніту змогли замкнути «зоряне речовина». Не занадто довгий термін для нашого стрімкого століття?

Дійсно, через 25 років після того, як виникли перші ідеї про стягнення плазми, влітку 1975 року в Інституті атомної енергії імені Курчатова був здійснений пуск найбільшої у світі експериментальної термоядерної установки «Токамак-10». І тепер, так би мовити, заднім числом, можна лише дивуватися тому, як багато було зроблено за такий короткий термін. Адже не треба забувати, що установка призначена для нагріву водню до такої температури, яка існує тільки в надрах Сонця! Це десяток мільйонів градусів!І ще потрібно утримати це сонячне речовина, плазму, протягом тривалого часу.

При таких умовах в газі, що складається з ядер водню, починається термоядерна реакція злиття легких ядер у більш важкі, в гелій. При цьому виділяється колосальна енергія. До речі, в грубому, правда, перерахунку, щоб нагріти, наприклад, один грам важкого водню, дейтерію, до температури в один мільйон градусів, треба затратити приблизно стільки ж енергії, скільки потрібно, щоб закип'ятити відро води.

Справа в тому, що реакції синтезу можуть відбуватися тільки тоді, коли два ядра зближуються на дистанцію близько 10^-13 сантиметрів.Щоб відбулося зближення, вони повинні подолати електростатичне відштовхування між собою (нагадаємо, що ядра мають позитивний заряд), тобто володіти великою енергією. Природно, що такий процес може йти тільки в речовині, нагрітому до надзвичайно високої температури, тому що лише при досить високій температурі ядра речовини будуть володіти великою кінетичною енергією і долати електростатичне відштовхування.

Розрахунки, основані на знанні процесів взаємодії ядер між собою, дозволяють встановити критерії, які повинні бути витримані, щоб можна було побудувати термоядерний реактор, який виділяє більше енергії, ніж пішло на створення магнітних і електричних полів, необхідних для утримання та нагрівання плазми. Тут є дві основні умови. Одне з них полягає в тому, що температура речовини повинна перевершувати деякий мінімальний рівень. Для оптимального ядерного пального, яким є суміш дейтерію з тритієм, температура не повинна перевищувати, грубо кажучи, 100 мільйонів градусів.

Друга умова вимагає, щоб у кожного ядра, що перебуває в речовині, була визначена ймовірність за час існування в системі викликати ядерну реакцію. Це означає, що ядро має зустріти на своєму шляху достатня кількість інших ядер. Очевидно, що кількість зустрінутих ядер, з якими можлива взаємодія, буде пропорційно концентрації речовини і часу існування ядра.

Таким чином, ми повинні створити речовини з дуже високою температурою і домогтися того, щоб кожна гаряча, тобто володіє високою енергією, частка існувала у ньому строк, достатній для взаємодії з іншими частинками.

При дуже високій температурі будь-яка речовина існує тільки у вигляді іонізованого газу, тобто у вигляді плазми. Нам треба створити таку плазму можливо з високою концентрацією і можливо більш тривалим часом збереження в ній швидких частинок. Відразу ж стає очевидним, що це важке завдання, тому, що якщо розігріти плазму, то її швидкі частинки будуть забирати енергію на того стінки судини, усередині якого створюється плазма. Для того щоб вирішити таке завдання, ми повинні якимось чином спромогтися втримувати гарячі частинки в обмеженому обсязі.Тому практичне початок робіт з термоядерного синтезу збігається з тим моментом, коли виникли ідеї про стягнення плазми.

Біля витоків цих досліджень стояли видатні фізики, залучили до роботи багато талановитої молоді. Першим був академік Ігор Васильович Курчатов. Властиві йому розмах і інтуїція багато в чому визначили широкий масштаб термоядерних досліджень в СРСР.

У нашій країні вперше запропонована ідея магнітного утримання плазми.

Якщо ми помістимо плазму в сильне магнітне поле, створене таким чином, щоб силові лінії поля з усіх сторін обволакивали її, то можемо отримати клубок гарячої плазми, який буде висіти у вакуумі і не взаємодіяти зі стінками посудини.

Спочатку всі були сповнені ентузіазму. Однак через кілька років стало очевидним, що, незважаючи на дуже просту вихідну ідею, є багато підводних каменів на шляху її здійснення.

Плазма - це вкрай примхлива субстанція, яка «дуже добре себе поводить», поки її не обмежують.

Після хвилі ентузіазму піднялася хвиля різкого песимізму. Здавалося, що на будь-якому шляху ми зустрічаємося з новими труднощами, які не дозволяють просуватися далі. Потім почали з'являтися паростки оптимізму: були знайдені шляхи боротьби з небезпечними видами нестійкості, з плазмовими «інфарктами» і «інсультами», як образно охрестив ці неприємності академік Л. А. Арцимович, очолював термоядерні дослідження до 1973 року.В цьому відношенні радянські фізики мали певну перевагу, тому що основна ідея і перші досліди по боротьбі з неустойчивостями плазми були здійснені в Радянському Союзі.

Розповідь про численні шляхи, якими йде вирішення проблеми термоядерного синтезу, був би надто довгим. Перейдемо до того, що є сьогодні. Вже ніби прояснюються контури майбутніх термоядерних реакторів. «Горіння» суміші дейтерію і тритію буде, ймовірно, протікати у формі «повільного полум'я» так званих стаціонарних системах, або у вигляді повторюваних вибухів помірної потужності (імпульсні системи). Для здійснення коротких імпульсних процесів використовуються нові способи дуже швидкого виділення в малих обсягах великої кількості енергії.Маються на увазі лазери, електронні пучки, що летять зі швидкістю світла, способи отримання магнітних полів в мільйони гаусів і тисків в мільйони атмосфер. Пошуки в цих напрямках інтенсивно розвиваються. Вони дуже перспективні.

Але їх поки що випереджають спроби створення стаціонарних (або квазістаціонарних) умов протікання реакції. Тут найбільш рішучі пошуки і розробки йшли по так званій програмі «Токамак».

 Слово це вперше прозвучала зі сторінок радянської преси та нині стало таким же міжнародним терміном, як і «супутник».

- Тепер - так, а спочатку на Заході до радянської програми «Токамак» поставилися з недовірою. Зате тепер роботи по цій програмі стали одним з головних напрямків термоядерних досліджень в США, Європі, Японії.

 Інакше і бути не могло. Революційна ідея магнітної пастки перекинула всі сумніви. Але для того, щоб могло забитися «магнітне серце», знадобилося відповідне «тіло», складний організм «Токамака». Давайте познайомимося з його незвичайною для земних умов життям.

- Установка типу «Токамак» влаштована таким чином. У тороїдальної камери (порожньому «бублику») створюється плазма з вспрыснутого газоподібного тяжкого водню (дейтерію) при порівняно невисокому тиску. Ця камера надіта на ярмо трансформатора, і в ній індукційним шляхом створюється кільцевий струм, який, іонізуючи газ, утворює плазму і утримує її від зіткнення зі стінками з допомогою власного магнітного поля. Утримання плазми забезпечується тим, що силові лінії магнітного поля направлені перпендикулярно струму і охоплюють плазмовий виток.Крім того, струм, протікаючи по плазмі, нагріває її.

Отже, всередині тороїдальної камери утворюється кільцевої плазмовий шнур, по якому йде струм. Сам по собі такий плазмовий виток з електричним струмом нестійкий. Щоб він знайшов стійкість, треба надати йому необхідну жорсткість. Для цього на поверхню камери надіваються котушки, створюють велике магнітне поле, напруженість якого в багато разів перевищує напруженість поля, створюваного струмом, а силові лінії паралельні струму в плазмі. Це магнітне поле додає жорсткість всьому плазмового шнура з протікає по ньому струмом.Протягом тривалого часу в Інституті атомної енергії колектив учених під керівництвом академіка Л. А. Арцимовича займався отриманням все більш гарячої плазми в пристроях такого типу. Довелося зіткнутися з великими труднощами. Крок за кроком підвищувалися параметри плазми - збільшувалися щільність, температура і так зване час утримання енергії. В результаті зусиль науково-дослідних і конструкторських організацій, заводів була створена велика установка «Токамак-10».Складний і сміливий проект установки був розроблений НДІ електрофізичної апаратури імені Єфремова, а виготовило її ленінградське электромашиностроительное об'єднання «Електросила» імені Кірова. В розробці і виготовленні окремих елементів установки брали участь Харківський електромеханічний завод, «Уралелектротяжмаш», Серпуховское науково-виробниче об'єднання «Конденсатор» та інші підприємства Міністерства електротехнічної промисловості, підприємства і організації Міністерства електронної промисловості, Міністерства енергетики і електрифікації.

З введенням в дію установки «Токамак-10» радянські вчені отримали потужний інструмент для досліджень з термоядерного синтезу.«Токамак-10» є останньою чисто експериментальної термоядерної установкою. Завершується довготривала програма фізичних експериментів, проведена в Інституті атомної енергії. Отримані на наших установках результати разом з результатами, яких ми чекаємо від створюваних установок за кордоном, послужать базою для будівництва в найближчі роки першого демонстраційного термоядерного реактора-токамака.

 Під поняттям «демонстраційний» слід розуміти «проміжний»! Йдеться, ймовірно, про якісно новий етап на шляху до термоядерного синтезу!

- Словом «демонстраційний» позначають установку, заповнену дейтериево-тритієвої плазмою, від якої отримують енергію, рівну приблизно тієї, що витрачається на розігрівання газу до температури «горіння». Це дійсно буде рубіж переходу від етапу фізичних досліджень до етапу технологічного. Щоб досягти його, вченим і інженерам належить подолати ще чимало суто технічних труднощів, причому набагато більших, ніж ті, які стояли перед фізиками й інженерами, які створили перші атомні електростанції.Наприклад, надпотужна електромагнітна система майбутнього реактора повинна бути надпровідної.

Вона може бути створена на основі існуючих надпровідників, але якщо будуть відкриті нові надпровідники, здатні працювати при більш високих температурах, то завдання значно спроститься.

Необхідно вирішити і ряд інших технічних та технологічних проблем: створити відповідні матеріали для стінок реактора, що витримують величезні теплові і нейтронні потоки; знайти способи приготування і відновлення пального - дейтериево-тритієвої суміші, освоїти очищення реагує високотемпературної плазми від домішок важких елементів, відпрацювати всі конструктивні вузли та технологічні системи на тривалий (до десяти років) строк роботи і т. д.

Наступний крок у програмі токамаків пов'язаний з великими установками Т-15 у нас і подібними за кордоном. Мета експериментів - отримання і дослідження плазми, параметри якої близькі до термоядерним. Створення таких установок - останній щабель до спорудження ИНТОРа - реактора, розрахованого на отримання ланцюгової реакції і демонстрацію виробництва енергії з допомогою термоядерного синтезу.

Створена в Інституті атомної енергії установка Т-15 - це «бублик» круглого перерізу радіусом 2,4 метра з обмоткою з надпровідних матеріалів. Для нагрівання плазми, крім омічного (за рахунок електронагріву), використовується вспрыскивание швидких атомів і струми високої частоти (СВЧ). Дві системи можна використовувати одночасно. Система живлення додаткового нагрівання, індуктора і обмоток керуючих магнітних полів від установки «Токамак-10». Передбачається на основі математичного моделювання отримати в Т-15 плазму з температурою іонів близько 7 тисяч електрон-вольт при концентрації до 10¹⁴ в одній тисячній кубічного сантиметра і часом утримання 0,1 секунди.

Термоядерний реактор буде одним з найбільш «чистих» енергетичних апаратів: він не стане виділяти в навколишнє середовище продукти згоряння, в ньому не будуть напрацьовуватися довгоіснуючі радіоактивні осколки, як в атомному реакторі, а наведена нейтронами активність у стінках, по-перше, буде менше, ніж активність продуктів поділу, і, по-друге, буде залежати від вибору матеріалу стінки реактора. По всій імовірності, це виявиться найбільш безпечний для людини і природи об'єкт. Він не вимагає вирішення скільки-небудь складних проблем транспортування палива.

Надпровідна обмотка наближає створення «рукотворного сонця».

 Можна сказати, що створення такого реактора - справа найближчого майбутнього?

- Вже підготовлено кілька ескізних проектів великих термоядерних установок на основі токамаків, мають масштаб випробувального реактора. Згідно проекту демонстраційного реактора ИНТОР, це буде найбільша встановлення даного типу. Передбачається, що струм в ній досягне 5 - 6 мільйонів ампер, а щільність 1,4 х 10¹⁴ в тисячної кубічного сантиметра, температура іонів - 10 тисяч електрон-вольт.Потужність термоядерної реакції - 600 мільйонів ватт. На ИНТОРе проектується отримання електроенергії на рівні потужності 5 - 10 мільйонів ватт.

Небезинтересна історія створення ИНТОРа. З ініціативи радянських учених у 1979 році в Міжнародному агентстві з атомної енергії (МАГАТЕ) була утворена міжнародна робоча група. В її завдання входила оцінка можливості створення термоядерного реактора на основі системи «Токамак». Група повинна була визначити програму та технічні цілі, параметри реактора, науково-дослідну базу для створення міжнародними зусиллями установки, яка продемонструвала б технічну можливість отримання енергії за рахунок термоядерного синтезу.Спираючись на підтримку національних колективів, учасники робочої групи з нашої країни, США, Японії та країн Євроатому підготували докладний звіт, в якому зробили висновок, що наявні з фізики токамаків дані і сучасний технічний рівень достатні для проектування і спорудження в десятирічний термін міжнародного токамака - реактора ИНТОР.

Визначено, що в ИНТОРе можна буде здійснити тривале горіння ланцюгової термоядерної реакції.