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

является их стремление идти по кратчайшему пути, их упругость, максвелловское

натяжение, приводящее к тому, что силовые линии стремятся сжать опоясываемый ими

проводник с током. В случае обычных медных проводов упругость силовых линий не

может привести к уменьшению диаметра проводов, поскольку кристаллическую решетку

твердых тел деформировать довольно трудно. Если ток течет по плазменному шнуру,

то упругость силовых линий, охватывающих этот шнур, приводит к тому, что шнур

уменьшается в сечении и отходит от стенок камеры. Это явление, получившее

название пинч-эффекта, казалось бы, полностью решает задачу магнитной

термоизоляции плазмы: стоит "организовать" в плазме ток, как она сама отойдет от

его стенок и сожмется в тонкий шнур в середине сосуда.

Однако здесь начинает действовать свойство заряженных частиц (и, следовательно,

плазмы в целом) выталкиваться в область с более слабым полем, туда, где меньше

силовых линий, где они расположены не так густо. Это свойство приводит к тому,

что малейший изгиб или местное сужение плазменного шнура в конце концов приводит

к аварийному процессу. Пусть, например, в силу каких-либо случайных

обстоятельств в шнуре образовался небольшой изгиб. Тогда на выпуклой части

изогнутого шнура силовые линии магнитного поля становятся более редкими, а на

вогнутой — более густыми. Плазменный шнур начинает выталкиваться из той области,

где силовые линии расположены гуще, наружу, к стенкам сосуда, изгиб плазменного

шнура увеличивается, и плазма в конце концов попадает на стенки камеры. Это

происходит так же, как в сжатой длинной пружине, которая, как известно,

неустойчива к поперечным деформациям. Точно таким же образом местное сужение

плазменного шнура приводит к еще большему его сужению, а затем — к разрыву.

Бороться с этими явлениями можно при помощи магнитного поля. Если вдоль

плазменного шнура проходят силовые линии магнитного поля, создаваемого каким-то

посторонним источником, то упругость этих линий приведет к тому, что любой

изгиб, случайно возникший у шнура, будет ликвидирован так же, как и случайное

сужение шнура. Примерно то же самое произойдет, если внутри сжатой пружины

пропустить растянутые упругие жгуты.

Чтобы возвращение плазмы в устойчивое состояние проходило более эффективно,

необходимо создать в ней очень сильное продольное магнитное поле.

Другим действенным способом преодоления изгибов плазменного шнура, особенно

изгибов с большим радиусом, может быть использование более или менее массивного

металлического кожуха, сосуда, в котором содержится плазма. Между кожухом и

плазменным шнуром проходит какой-то магнитный поток, т. е. существует магнитное

поле с его условными силовыми линиями. Если плазменный шнур сместится со своего

прежнего положения, магнитное поле между ним и кожухом исказится, деформируется.

В одном месте силовые линии будут сдавлены, в другом — растянуты. Если опять

учесть присущее магнитным силовым линиям свойство упругости, то станет ясно, что

они постараются вернуть плазменный шнур в прежнее положение вдоль оси камеры.

Стабилизация плазмы продольным полем становится особенно эффективной, когда

удается сделать так, чтобы продольное поле существовало лишь в плазме, а вне ее,

т. е. в пространстве между стенками камеры и шнуром, отсутствовало. Это можно

осуществить в том случае, когда сжимающийся при прохождении сильного тока

плазменный шнур увлекает за собой все силовые линии продольного поля, созданного

в полном объеме камеры. Отрываясь от стенок камеры, плазменный шнур увлекает за

собой все магнитные силовые линии, ранее существовавшие в камере, создавая между

стенками камеры и шнуром магнитный вакуум в отношении продольного поля.

Все эти идеи начали практически воплощаться уже в 50-х годах. Первые установки

представляли собой стеклянные, фарфоровые или кварцевые тороидальные камеры

(впоследствии камеры чаще всего стали делать из тонкой нержавеющей немагнитной

стали), внутри которых размещали рабочие камеры с медными толстыми стенками,

иногда называемыми лайнерами. На камеру наматывали обмотку, создававшую

продольное стабилизирующее магнитное поле до 0,05 Тл. Внутренняя тороидальная

камера заполнялась газом. Этот кольцевой газовый виток служил вторичной обмоткой