Токамак. Охота на слова

 

2021 год в России объявлен как год  науки. 8 февраля в качестве старта в Гатчине Ленинградской области запущен с участием президента России Владимира Путина нейтронный реактор ПИК.

Реактор ПИК является источником нейтронов. Его будут применять для различных исследований. В частности, он поможет в изучении найденных при раскопках артефактов. Ожидается, что реактор ПИК будет основой международного научного нейтронного центра.

При открытии президент Курчатовского института Михаил Ковальчук говорил об участии российских учёных в развитии мировой науки, напомнил, что токамак – тоже изобретение наших учёных, название ТОКАМАК вошло в научный лексикон всей планеты как и слово СПУТНИК. Кстати, в процедуре открытия реактора принял участие генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачёв.

Что касается ТОКАМАКА, то понятие не воспринимается в качестве русского, а всё потому, что создано с нарушением норм русского языка. Я об этом задумался ещё в далёком 1978 году, когда впервые приехал к родственникам, живущим в Серпухове и Протвино. Тогда ходили слухи, что ТОКАМАК – это ускоритель частиц, он расположен на территории Серпуховского района и соединён с Москвой веткой метрополитена. Я не поверил, мне объяснили, что на какие-то торжества в Протвино приехал Алексей Косыгин, а он был Председатель Совета министров СССР  с 1964 по 1980 год. На совещание приехал, а ни одну из дорог  в Протвино не перекрывали, вертолёт тогда для руководителей такого уровня ещё не использовался. Потом на одном их Съездов народных депутатов СССР об этом метро будет говорить  известный штангист Юрий Власов.

Название не воспринимается в качестве русского потому,  что в него заложена не совсем ясная для рядового обывателя формула  - тороидальная камера с магнитными катушками. Вот и попробуем хоть чуть-чуть разобраться.
Задача  токамака в том, чтобы создать магнитное поле, в котором будет протекать реакция термоядерного синтеза. Температура такой реакции не просто высокая, а запредельно высокая (несколько миллионов градусов Цельсия), любая  камера расплавится. 

Внутри токамака вещество находится в четвертом агрегатном состоянии, то есть это плазма,  она возможна только при таких высоких температурах.

Тор (тороид) — первый слог в названии, он  представляет собой объемную фигуру, получающуюся в результате вращения кольца вокруг центра вращения. Это как баранка,  пончик, бублик, резиновый кистевой эспандер или велосипедная камера, вынутая из колеса.

Термин для обозначение токамака был предложен учеником академика Игоря Васильевича Курчатова — И.Н. Головиным. Правда, в его варианте это должен был быть «Токамаг» (тороидальная камера магнитная), но позже стали использовать более благозвучное слово «Токамак».

Я учился в восьмом классе, когда в «Комсомольской правде» была напечатана большая статья – на всю страницу - об Игоре Васильевиче Курчатове. И на уроке химии наша учительница Клавдия Андреевна Попова (Горелова) посвятила ему целый урок. Вот тогда мы и узнали, что он наш земляк, родился в городе Симе на Урале, один из создателей советского ядерного оружия. Если в школу я шёл пешком, то часто проходил мимо дома химички, а иногда наши пути из школы совпадали. Однажды мы шли по улице Республики, и Клавдия Андреевна как-то между прочим сказала, что в одном из деревянных домов с двумя парадными подъездами нередко останавливался Игорь Курчатов (Республики, 8), когда приезжал в соседний закрытый город, где создавалась атомная бомба и где 29 сентября 1957 года произошёл взрыв на одном из хранилищ. Она считала, что этот взрыв и отразился на здоровье академика, он умер в 57 лет -  7 февраля 1960 года.


Потом я прочитал о токамаке в Большой Советской энциклопедии.

Токама;к (сокращённое от «тороидальная камера с магнитным полем») замкнутая магнитная ловушка (См. Магнитные ловушки), имеющая форму Тора и предназначенная для создания и удержания высокотемпературной плазмы (См. Плазма). Предложена в 1950 И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза (См. Управляемый термоядерный синтез) (УТС). Основополагающий вклад в разработку и изучение систем типа Т. внёс коллектив советских учёных под руководством Л. А. Арцимовича, который с 1956 начал экспериментальные исследования этих систем в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова (ИАЭ). Удерживающее и стабилизирующее плазму магнитное поле в Т. есть сумма трёх полей: поля Н;, создаваемого током I, текущим по тороидальному плазменному витку; значительно более сильного тороидального поля Н;, параллельного току; относительно слабого поперечного поля H;, направленного параллельно главной оси тора. H;, создаётся катушками, намотанными на тор, Н; — расположенными вдоль тора проводниками. Силовые линии суммарного магнитного поля имеют вид спиралей, которые, многократно обходя вокруг тора, образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей. Плазма в Т. маг-нитогидродинамически устойчива, если выполняется критерий Шафранова — Крускала: Н;а /Н;R > 1, где R —большой радиус тора, а — радиус поперечного сечения плазменного витка. Поперечное поле Н; — Н;а /R необходимо для удержания плазмы в равновесии. Плазма нагревается протекающим по ней током; для её дополнительного нагрева используют переменные электромагнитные поля и инжекцию быстрых нейтральных атомов. В 1968 на Токамаке Т-4, сооруженном в ИАЭ, была впервые получена квазистационарная физическая термоядерная реакция. Характеристики установки Т-4: а = 17 см, R = 90 см, H; = 3,5;104 э, I = 1,5;105 а. Максимальные достигнутые на ней параметры плазмы: температура ионов дейтерия ~ 8;106 К, плотность ионов ~ 1014см—3, время удержания энергии в плазме ~ 0,02 сек. С начала 70-х гг. 20 в. системы Т. заняли лидирующее положение в исследованиях по УТС во всём мире. К 1976 закончено сооружение установок, значительно более крупных, чем Т-4, а именно — Т-10 в СССР, PLT и Алкатор в США, TFR во Франции. Ряд проектов термоядерного реактора, осуществление которых планируется на конец 20 в., основан на системах Т. Лит.: см. при ст. Управляемый термоядерный синтез. В. С. Муховатов. Большая советская энциклопедия


Более 70 лет существуют технологии, которые способны обеспечить нас почти неисчерпаемыми источниками энергии за минимальные деньги и с использованием почти бесплатного топлива.

Первым, кто предложил использовать термоядерный синтез, в том числе и для промышленных целей, был советский физик О.А. Лаврентьев. Сделал он это в своей работе 1950 года. Именно с его работы началось изучение способов использования термоядерного синтеза. О.А. Лаврентьев также является одним из отцов водородной бомбы. Потом, спустя год,  другие физики — А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм — развили идею и сказали, что термоядерная реакция должна поддерживаться внутри замкнутой камеры тороидальной формы.
;
Первый действующий токамак был построен в 1954 году, но до 1968 года они существовали только в СССР, так как мало кто верил в существование внутри камеры такой высокой температуры. Только после того, как в токамаке Т-3 в Институте атомной энергии им И.В. Курчатов побывали английские ученые и на своем оборудовании подтвердили существование температуры 11,6 миллиона градусов Цельсия, это привело к взрывному росту популярности и исследований в этом направлении в мире.

Токамак и сейчас считается самым перспективным способом получения энергии термоядерного синтеза и изучения плазмы, как агрегатного состояния вещества.

На Земле плазма в естественной среде встречается только в молнии и северном сиянии, в космосе же из нее состоит буквально все - звезды, туманности, межзвездное пространство.

Для создания внутри токамака магнитного поля, он составляется из секций, внутри которых намотаны катушки. Так как они идут по всей длине камеры и создают что-то вроде замкнутого тоннеля, получающееся магнитное поле называют тороидальным. Это и есть рабочая зона установки.