Советские физики зажгли искусственное Солнце

Как советские физики научились зажигать
искусственное Солнце:
письмо солдата-срочника и «волшебный пинок»

В ноябре 1954 года в засекреченной лаборатории
под Москвой запустили установку, которая должна
была изменить энергетику навсегда.

Советские ученые первыми в мире создали токамак
— устройство для управляемого термоядерного синтеза.

Звучало так фантастично, что на Западе решили:
очередная пропагандистская утка.

А когда узнали, что к прорыву причастен солдат-срочник
без специального образования, удивились вдвойне.

Как СССР оказался на пороге создания искусственного
Солнца и почему спустя 70 лет человечество все еще
не получило источник бесконечной энергии?

Энергия звезд в земных условиях

Солнце — самый наглядный пример того, как
работает термоядерный синтез.
Солнечная энергия возникает в результате превращения
водорода в гелий в центре звезды.

В 1920-м британский астрофизик Артур Эддингтон
первым предположил, что звезды черпают бесконечную
энергию именно из этого процесса.

Синтез происходит при температуре до 50 миллионов
градусов Цельсия — такая температура царит
в солнечном ядре.
Удержание энергии осуществляется силами гравитации.
Но как воспроизвести этот процесс на Земле?

К началу 1950-х годов стало понятно:
можно смешать изотопы водорода — дейтерий и тритий
— и разогреть их до ста миллионов градусов.
Газовая смесь превратится в плазму, ядра сольются,
выделив колоссальное количество энергии.

Термоядерный синтез дает 170 миллионов
мегаджоулей на килограмм вещества.
Для сравнения: нефть и газ — 44 мегаджоуля, уголь — 34,
дрова — всего 7.

Солдат-срочник, который запустил процесс

Олег Лаврентьев родился в 1926 году в семье
полуграмотных крестьян из Пскова, окончил
всего семь классов.

Во время войны он освобождал Прибалтику, за что
получил две медали. После войны служил на Сахалине,
где погрузился в самообразование, подписавшись
на журнал "Успехи физических наук".

Летом 1950-го письмо младшего сержанта попало
в руки Андрея Сахарова.

Лаврентьев предлагал
удерживать раскаленную плазму с помощью
электрических полей — положительный
и отрицательный заряды на специальных сетках
должны были не давать частицам разлетаться.
"Предложение отнюдь не наивное!"
— вспоминал позже ученый Игорь Головин.

Идея солдата-самоучки оказалась технически
неосуществимой — электрические поля не справлялись
с удержанием плазмы.
Но Лаврентьев сделал главное: четко сформулировал
проблему и показал, что ее вообще можно решить.

"Термоядерный бублик" Сахарова и Тамма

Андрей Сахаров к тому времени уже работал
в "Арзамасе-16" над атомным и водородным оружием,
а Игорь Тамм был его научным руководителем
и учеником самого Курчатова.
Оба считались восходящими звездами
советской атомной физики.

Идея Лаврентьева подтолкнула Андрея Сахарова
и Игоря Тамма к поиску альтернативного решения.
Раз электрические поля не работают,
что если попробовать магнитные?
Они предложили революционную концепцию токамака
— тороидальной камеры с магнитными катушками.

Это элегантное решение фундаментальной проблемы:
какой земной материал может выдержать температуру
в сто миллионов градусов? Никакой.

Поэтому плазму нужно удерживать "в воздухе"
с помощью магнитных полей.

Конструкция напоминала бублик, или тороид,
с намотанными катушками для создания
магнитного поля.

Внутри происходит термоядерный синтез,
а магнитное поле не позволяет раскаленной плазме
касаться стенок камеры.

Волшебный пинок из Аргентины

В январе 1951-го ученые представили проект
в Совет министров и стали ждать ответа.
Прошел март, апрель — молчание. Физики запаниковали.

Спас положение сигнал из-за рубежа.
В апреле поступили сведения, что аргентинский
ученый Рональд Рихтер добился успеха, запустив
термоядерную реакцию в газовом разряде.
Риск отстать был слишком велик.

Игорь Курчатов в спешном порядке отправился
к Лаврентию Берии, и уже 5 мая вышло первое
постановление о термоядерной программе,
подписанное Сталиным.

Первый токамак в мире

В ноябре 1954-го в стенах Лаборатории измерительных
приборов АН СССР, будущего Курчатовского института,
запустили первый советский токамак Т-1.
Его собрали Лев Арцимович, Игорь Головин
и Натан Явлинский.

На Западе пребывали в полной уверенности, что СССР
далеко позади.

Параллельно токамаки разрабатывали в Англии и США,
но с практической реализацией возникали
серьезные проблемы.

Доклад, который изменил все

В английском атомном центре в Харуэлле 26 апреля
1956-го Игорь Курчатов выступил с докладом об успехах
советских ученых.

"Красный профессор", как называли его британские
журналисты, призвал к открытому международному
сотрудничеству.

Доклад произвел сенсацию и способствовал снятию
секретности с работ по термоядерному синтезу
в Великобритании и США.

С этого момента началась эра международного
сотрудничества в поисках источника неисчерпаемой энергии.

Русское слово на всех языках

Сегодня слово "токамак" произносится одинаково
на всех языках мира, как сообщает издание
"Аргументы и факты".

Русская аббревиатура дала название многочисленным
установкам по всему миру, в которых плазма
удерживается магнитным полем.

К 1968 году создали первый функциональный токамак Т-3,
разогрев плазму до 11,6 миллиона градусов.
Ученые со всего мира отправились в СССР измерить
температуру советского чуда.

Токамак Т-10, запущенный в 1975 году, стал первой
установкой, достигшей температуры солнечного ядра.
Американцы вернулись в игру, но смогли создать
подобный токамак только к 1978 году.
Энергия будущего

Преимущества термоядерной энергии очевидны.
Топлива нужно минимум, безопасность значительно
выше ядерных реакторов.

Плотность плазмы очень мала — в миллион раз ниже
плотности атмосферы, поэтому никакого
взрыва быть не может.

При малейшем снижении температуры реакция
прекращается — плазма просто "осыпается", не нанося
вреда окружающей среде. Радиоактивных отходов
практически не производится.

Долгий путь

С конца 1960-х токамаки появились в Казахстане,
США, Европе, Японии, Китае.
Они доказали, что создавать высокотемпературную
плазму реально.

Но удержание было коротким — секунды,
а энергозатраты на разогрев превышали
полученную энергию.

В мире насчитывается около трехсот токамаков,
как утверждает Lenta.ru.
Россия продолжает
оставаться в авангарде процесса.
В Курчатовском центре работает несколько установок,
включая первый в мире сферический токамак 1999 года.

По словам младшего научного сотрудника
Курчатовского института Михаила Драбинского,
самый реалистичный прогноз перехода
на термоядерную энергию — столетие.

Но работы продолжаются, и именно СССР задал этот
вектор всему миру.

Интересно, что Андрей Сахаров в "Воспоминаниях"
анализировал фильм Михаила Ромма
"Девять дней одного года" 1961 года, где главный
герой облучается от термоядерной установки.
Сахаров отметил: "На самом деле до такой опасности
и до сих пор очень далеко".

Без России никак

Прогресс идет медленными, но уверенными шагами.
В январе 2025 года китайский токамак EAST установил
рекорд, удерживая плазму в рабочем состоянии
1066 секунд— более семнадцати минут.

Для сравнения: британский токамак Jet показывает
результат около пяти секунд.

Самый масштабный проект сегодня — Международный
экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР,
который строят на юге Франции.

В нем планируют продемонстрировать разряды
длительностью 3000 секунд — уже в режиме горения,
когда реакция станет самоподдерживающейся.

Россия взяла на себя обязательство изготовить
25 систем для установки. Несмотря на сложную
геополитическую обстановку, страна продолжает
выполнять обязательства.

Без России, как и без других ключевых участников,
создать "искусственное Солнце" нельзя.

Через столетие наши потомки, возможно, будут
получать энергию от таких установок
— и все это благодаря идеям, родившимся
в СССР 70 лет назад.