Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Физики применяли быстродействующие осциллографы, где неуловимые электрические процессы фиксировались движением электронного луча по светящемуся экрану. На службу были поставлены приборы сверхскоростной киносъемки, делающие за секунду до двух миллионов кадров. Для мгновенного фотографирования использовали затворы электровзрывного действия.

В фарфоровые разрядные трубки со стеклянными окошками были введены многочисленные зонды — прополочные катушечки, петельки, игольчатые электроды — для улавливания электрических и магнитных характеристик явлений. Давление в трубке измерялось тончайшими пьезоманометрами.

Естественно возникло сомнение: не исказит ли это множество измерений исследуемые процессы? Серия экспериментов убедила ученых, что такие опасения не напрасны— разряды могут быть изучены более или менее надежно лишь при условии введения соответствующих поправок в истолкование наблюдений.

И вот включаются рубильники для решающих экспериментов. От батареи конденсаторов, заряженной до 20—50 тысяч вольт, в трубки на атомы газа низвергается огромная сила электрического поля. Токи разрядов достигают сотен тысяч и даже миллионов ампер. В плазме выделяется колоссальная мощность — до 40 миллионов киловатт, что выше мощности сильнейшего удара молнии.

Опыты повторяются множество раз — в трубках разных размеров (диаметром от 5 до 60 сантиметров) и длиной разрядного промежутка от нескольких сантиметров до двух метров. Чтобы лучше уяснить закономерности разряда, кроме водорода и дейтерия, трубки наполняются другими газами — гелием, аргоном, ксеноном и газовыми смесями: дейтерия с гелием, дейтерия с аргоном, дейтерия с ксеноном. В широких пределах меняется начальное давление газа — от 0,005 миллиметра ртутного столба до одной атмосферы.

Работают точнейшие приборы, фиксируя все подробности фантастически быстрых процессов гигантской мощности. Составляются протоколы, таблицы, лабораторные дневники. Систематизируется уникальнейший фото- и киноматериал. Над расшифровкой бесчисленных показаний аппаратуры кропотливо трудятся вычислители, вскрывают запутанную логику событий физики-теоретики. И постепенно подлинная картина процессов, происходящих в разрядных- трубках, начинает проясняться.

Какова же она?

В первые мгновения после пробоя и начала ионизации газа импульс тока движется вдоль самых стенок трубки. Это поверхностное распределение высокочастотных токов давно известно в электротехнике и носит название скин-эффекта.

Но разрядный ток молниеносно нарастает. Растет и сила рожденного им собственного магнитного поля. Из-за этого пленка плазмы начинает отрываться от стенок. Кольца силовых линий стягивают ее к середине трубки, сдавливают ее, словно растянутые, а потом отпущенные резиновые колечки. Пинч-эффект делает свое дело.

Плазменная цилиндрическая пленка с колоссальной скоростью сжимается, удаляясь от стенок к центру. При начальном давлении газа в 0,1 миллиметра ртутного столба скорость сжатия доходит до 120 километров в секунду. Через несколько микросекунд хаос сталкивающихся вблизи оси трубки частиц набирает предельную силу — температура в плазменной струйке приближается к миллиону градусов! До этого ни при каких лабораторных опытах не удавалось достичь столь сильного нагрева вещества.

Но не зря говорят: «Как аукнется, так и откликнется».

Лишь ничтожные мгновения длится натиск плазменных частиц, гонимых магнитным полем. Вслед за сжатием утрамбованный шнур плазмы силой собственного газового давления стремится снова расшириться. Возникают пульсации плазменного ручья, он делается неустойчивым. Едва заметные местные увеличения толщины шнура мгновенно раздуваются и нарушают устойчивость разряда. Так же действуют и крошечные уменьшения толщины плазменного ручейка. Они тоже влекут за собой разрыв шнура и прекращение разряда.

Итак, многие предсказания теории опытом подтверждены. Магнитное поле оттянуло разряд от стенок трубки и изолировало его. Впервые в истории науки в лабораторных условиях, без всякой бомбы получен колоссальный нагрев вещества — в миллион градусов. Это уже огромный успех.

Эксперименты открыли и немало новых явлений. Стало известно, что в плазменном разряде сжатие не уравновешивается газовым давлением. Процесс получается нестационарным. Едва возникнув, он начинает пульсировать и затухает.