"Итоги науки и техники: Физика плазмы"

ред. Шафранов В.Д. том 1 часть 1 ВИНИТИ. Москва 1980г.

1. Введение
2. История
2.1. 1955—1962 годы
2.2. 1963—1970 годы
2.2.1. Характеристики разряда в токамаке
2.2.2. Интерпретация результатов
3. Современное состояние исследований
3.1. Экспериментальные установки
3.2. Равновесие плазмы
3.3. Макроскопическая устойчивость плазмы
3.3.1. Предсказания гидромагнитной теории
3.3.2. Результаты экспериментальных исследований
3.4. Методы нагрева плазмы
3.4.1. Адиабатическое сжатие
3.4.2. Инжекция пучков быстрых атомов
3.4.3. Высокочастотный нагрев
3.5. Термоизоляция плазмы
3.5.1. Теплопроводность ионов
3.5.2. Теплопроводность электронов
3.5.3. Диффузия плазмы
3.5.4. Примеси
4. Заключение
Литература

1. Введение
2. Лазеры для ЛТС
3. Экспериментальные исследования взаимодействия лазерного излучения с плазмой и сжатия сферических мишеней
3.1. Поглощение, отражение и рассеяние лазерного излучения
3.2. Теплопроводность плазмы
3.3. Эксперименты по сжатию стеклянных микробаллончиков с DT-смесью
3.4. Диагностика лазерной плазмы
4. Мишени для лазерного термоядерного синтеза
4.1. Изготовление тонкостенных сфер
4.2. Наполнение стеклянных сфер дейтерием или DT-газовой смесью
4.3. Наращивание на стеклянной сфере толстого слоя полимера (тефлона или полиэтилена)
4.4. Изготовление пористых шариков из полиэтилена и нанесение рыхлых слоев тефлона (микрогубка)
5. Заключение
Литература

1. Введение
2. Основные параметры системы инжекции
2.1. Мощность инжекции
2.2. Энергия частиц
2.3. Вспомогательные параметры, характеризующие инжекторы
2.4. Два принципа построения систем инжекции
2.4.1. Конструктивный принцип
2.4.2. Энергетический принцип
3. Инжектор на основе положительных ионов
4. Инжектор на основе отрицательных ионов
5. Современные сильноточные источники положительных ионов
5.1. Ионные источники типа дуопигатрон
5.2. Периплазмотрон
5.3. Источники без магнитного поля
5.3.1. Источники без внешнего магнитного поля (ИБМ)
5.3.2. Ионные источники с периферийным магнитным полем (ИПМ)
5.4. Ионно-оптическая система (ИОС)
6. Заключение
Литература

Развитие физики плазмы было самым тесным образом связано с исследованиями по управляемому термоядерному синтезу (УТС), сохраняющими и в настоящее время доминирующее положение в этой области науки. Поэтому наш первый сборник серии «Физика плазмы» посвящен главным направлениям исследований по УТС.

Задача освоения энергии синтеза атомных ядер легких элементов, в первую очередь изотопов водорода — дейтерия и трития, уникальна как по ее значению для человечества, так и по ее беспрецедентной технической сложности. Ведь речь идет о создании и удержании плазмы с температурой недр Солнца. В настоящее время вряд ли среди специалистов найдется скептик, сомневающийся в положительном решении этой задачи. Между тем история развития исследований по УТС была не гладкой и весьма драматичной.

Возникшая в начале 50-х годов независимо в нескольких странах в обстановке глубокой секретности идея термоизоляции плазмы магнитным полем вызвала огромный энтузиазм первых ее исследователей. За короткое время был выдвинут целый ряд предложений по конкретному воплощению идеи магнитной термоизоляции.

Смелость постановки задачи получения в лабораторных условиях звездных температур в какой-то мере была результатом ошеломляющего успеха в освоении ядерной энергии для военных целей. Но как бы в компенсацию за быстроту достижения этой цели природа не пошла на первых порах навстречу людям в проблеме управляемого синтеза. В первые же годы работы по УТС обнаружилось, что новый физический объект, с которым необходимо иметь дело — высокотемпературная плазма — ведет себя отнюдь не так, как хотелось бы исследователям. Казалось, во всех экспериментах плазма стремится проявить свой необузданный нрав, находит лазейки для утечки и слабо реагирует на магнитное поле. Неутешительные результаты первых опытов по созданию высокотемпературной плазмы на ряде сооруженных установок и, в первую очередь, на стеллараторах в США действовали расхолаживающе на развитие работ по УТС.

Теоретики сделали даже попытку доказать принципиальную невозможность эффективной термоизоляции плазмы магнитным полем и занялись поисками универсальной неустойчивости удерживаемой магнитным полем плазмы. Эта, казалось бы, негативная деятельность привела к бурному развитию исследований по физике плазмы, изучению плазменных неустоичивостеи, нелинейных явлений и турбулентности. Плоды этой деятельности широко используются в настоящее время при объяснении явлений, наблюдаемых как в лабораторной, так и в космической плазме. Однако, в первые годы работы по программе УТС никакого согласия между теорией и экспериментом не было. Потребовалась длительная, кропотливая и, можно смело сказать, героическая работа экспериментаторов, чтобы научиться создавать плазму, свободную от влияния трудно учитываемых особенностей «посуды», в которой ведется эксперимент.

Только в конце первого десятилетия работ по УТС в казавшейся неприступной термоядерной крепости была пробита первая брешь. Опыты М. С. Иоффе в ИАЭ им. И. В. Курчатова показали, что плазма в адиабатических магнитных ловушках ведет себя в соответствии с теорией, развитой Б. Б. Кадомцевым, и поддается стабилизации. Второй, еще более крупной вехой в развитии работ стал выполненный в конце второго десятилетия успешный советско-английский эксперименте на советской установке Т-3 по проверке вывода Л. А. Арцимовича о достаточно хорошем удержании и термоизоляции плазмы в установках токамак, где впервые была получена надежная физическая термоядерная реакция. Дальнейший прогресс исследований связан с разработкой эффективных методов нагрева плазмы путем инжекции быстрых атомов или введения высокочастотной (ВЧ) мощности. К концу третьего десятилетия работ по УТС поставлена третья крупная веха. На построенном в СШД токамаке PLT с помощью инжекции атомов удалось получить плазму с температурой более 50 млн.°К, которая по важнейшим физическим параметрам моделирует плазму термоядерного реактора. Теперь центр тяжести проблемы переносится с собственно физики плазмы на физико-технологические и инженерные проблемы реактора.

Определенные трудности реактора-токамака, связанные со спецификой тороидальной геометрии системы и рядом инженерных требований, не позволяют, по мнению определенной части исследователей, сделать окончательный выбор токамака за основу будущих термоядерных электростанций. Поэтому наряду с тороидальными системами широкое развитие, особенно з США, имеют и адиабатические магнитные ловушки. Кроме систем с магнитным удержанием, интересное развитие получили короткоживущие микроскопические сверхплотные плазменные образования, не требующие термоизоляции — системы с инерционным удержанием. В отличие от систем с магнитным удержанием, рассчитываемых в основном на непрерывное горение термоядерной смеси, здесь можно рассчитывать на последовательную серию микровзрывов термоядерной смеси в «термоядерных двигателях внутреннего сгорания». Обжатие смеси, приводящее к термоядерной вспышке, рассчитывают получить либо с помощью лазерных лучей (соответствующее направление исследований называют лазерным термоядерным синтезом — ЛТС), либо с помощью ускоренных заряженных частиц (электронный или ионный УТС).

В настоящее время в развитие программы УТС вовлекается все большее число специалистов разного профиля. Поэтому назрела необходимость дать квалифицированный и понятный достаточно широкому кругу читателей обзор состояния этой проблемы. Два первых тома серии «Физика плазмы» призваны частично решить эту задачу. Первый том выпускается двумя частями. Настоящая, первая часть тома содержит обзоры по токамакам, адиабатическим магнитным ловушкам, лазерному синтезу и инжекторам нейтральных атомов, используемым для ввода энергии и частиц в плазму. Во вторую часть первого тома войдут обобщающие работы по электронному термоядерному синтезу и высокочастотным методам нагрева плазмы. Обзоры написаны крупными специалистами, входящими в число главных действующих лиц в соответствующих областях работы. Можно надеяться поэтому, что издаваемые выпуски окажутся полезными как тем, кто захочет впервые серьезно познакомиться с указанными разделами физики плазмы, так и многочисленной армии исследователей, работающих в области физики плазмы и проблемы управляемого термоядерного синтеза.

Во втором томе серии предполагается осветить состояние других вопросов УТС — статус и перспективы стелларатора и высокотемпературных пинчевых плазменных образований, теорию процессов переноса в магнитных ловушках и вычислительные методы в физике плазмы, а также инженерно-физические проблемы термоядерного реактора на основе токамака.