Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

двигаться так, чтобы ее траектория "навивалась" на магнитные силовые линии.

Однако вскоре сами авторы нашли в своей системе серьезный дефект. Оказалось, что

в тороидальной камере, где магнитные силовые линии искривлены, индукция

магнитного поля (густота силовых линий) у внутренней стенки трубы выше, чем у

наружной. Это объясняется упругостью силовых линий, стремлением их как можно

больше сократиться. В результате у внутренней стенки, где путь короче,

скапливается больше силовых линий, чем у наружной.

Эта неоднородность магнитного поля изменяет спиральный характер орбит частиц.

Вблизи внутренней поверхности замкнутой на себя трубы — тора, где поле больше,

частицы должны были бы двигаться по орбите с меньшим радиусом, чем около внешней

поверхности. В результате этого заряженные частицы "дрейфуют" поперек силовых

линий магнитного поля, причем положительно заряженные ядра налетают на "потолок"

трубы, а электроны — на ее "дно". Этот дрейф частиц — вещь довольно неприятная

сама по себе, но косвенный эффект дрейфа просто катастрофичен. Разделение

зарядов по знаку вызывает возникновение в пространстве камеры непредусмотренного

электрического поля, которое совершенно искажает орбиты частиц, бросая их на

стенки камеры.

Как избежать неоднородности магнитного поля? Как сделать так, чтобы силовые

линии в тороидальной камере были равной длины?

Этого можно добиться в том случае, если заставить силовую линию, которая идет

вдоль внутренней поверхности камеры, на каком-то участке поменяться местами с

силовой линией, идущей около внешней поверхности. Тогда длина всех силовых линий

была бы одинаковой, и все силовые линии оказались бы в равных условиях: каждая

силовая линия, сделав виток по поверхности тора, не попадала бы в прежнюю точку,

а образовывала бы поверхность, называемую магнитной поверхностью.

Такого эффекта можно было бы достичь, изгибая силовые линии вокруг оси тора. В

этом случае силовые линии имели бы примерно такую же форму, как отдельные нити

крученой веревки. Во вращательно-преобразованном магнитном поле дрейф частиц

свелся бы к минимуму.

Частицы, быстро движущиеся вдоль силовых линий и таким образом все время

огибающие ось камеры, не могут упасть на нижнюю или верхнюю стенку. Когда

частица, дрейфующая вверх, находится ниже оси, она, естественно, стремится

отодвинуться от нее; когда же частица находится внизу, тот же самый дрейф вверх

компенсирует прежнее смещение, подвигая ее к оси. В результате среднее

расстояние частицы от оси остается неизменным. Подобная система использована в

стеллараторе, построенном в США. Его камера в плане имеет вид гаревой дорожки

стадиона. Внутренний радиус камеры 20 см, длина по оси 12 м, индукция магнитного

поля около 5 Тл. Мощность питающей электроустановки 15 тыс. кВт.

Остроумный способ "вращательного преобразования" или "свисания" магнитных

силовых линий был предложен американским физиком Л.Спитцером и советским физиком

академиком Л.А.Арцимовичем.

Мы уже говорили о том, что обычное "нескрученное" продольное магнитное поле

обладает неоднородностью, приводящей к тому, что отрицательные частицы врезаются

в "пол", а положительные — в "потолок" камеры. А что, если, оставив одну

половину тора неизменной, перепутать "пол" и "потолок" в другой половине или,

короче говоря, превратить тор-бублик в восьмерку? Тогда, начав падать в одной

половине бывшего тора, частица должна будет "падать вверх" на другой его

половине и, таким образом, в среднем останется на одном расстоянии от оси

камеры.

Если оценить тороидальные камеры типа стелларатора с винтовой обмоткой,

преобразованные в восьмерку, то можно сделать вывод о том, что стеллараторы —

это весьма совершенные магнитные системы для удержания плазмы. Их недостаток —

трудность изготовления и дороговизна.

А нельзя ли для удержания плазмы в магнитном поле использовать магнитное поле

самой плазмы? Если в плазме есть какое-то упорядоченное движение заряженных

частиц в одну сторону, то это означает, что плазма представляет собой гибкий

шнур с электрическим током, так как, по определению, электрический ток — это и

есть упорядоченное движение заряженных частиц.

Ток создает вокруг себя магнитное поле, силовые линии которого опоясывают

провод, по которому этот ток проходит. Одним из важных свойств силовых линий