Работают точнейшие приборы, фиксируя все подробности фантастически быстрых процессов гигантской мощности. Составляются протоколы, таблицы, лабораторные дневники. Систематизируется уникальнейший фото- и киноматериал. Над расшифровкой бесчисленных показаний аппаратуры кропотливо трудятся вычислители, вскрывают запутанную логику событий физики-теоретики. И постепенно подлинная картина процессов, происходящих в разрядных- трубках, начинает проясняться.
Какова же она?
В первые мгновения после пробоя и начала ионизации газа импульс тока движется вдоль самых стенок трубки. Это поверхностное распределение высокочастотных токов давно известно в электротехнике и носит название скин-эффекта.
Но разрядный ток молниеносно нарастает. Растет и сила рожденного им собственного магнитного поля. Из-за этого пленка плазмы начинает отрываться от стенок. Кольца силовых линий стягивают ее к середине трубки, сдавливают ее, словно растянутые, а потом отпущенные резиновые колечки. Пинч-эффект делает свое дело.
Плазменная цилиндрическая пленка с колоссальной скоростью сжимается, удаляясь от стенок к центру. При начальном давлении газа в 0,1 миллиметра ртутного столба скорость сжатия доходит до 120 километров в секунду. Через несколько микросекунд хаос сталкивающихся вблизи оси трубки частиц набирает предельную силу — температура в плазменной струйке приближается к миллиону градусов! До этого ни при каких лабораторных опытах не удавалось достичь столь сильного нагрева вещества.
Но не зря говорят: «Как аукнется, так и откликнется».
Лишь ничтожные мгновения длится натиск плазменных частиц, гонимых магнитным полем. Вслед за сжатием утрамбованный шнур плазмы силой собственного газового давления стремится снова расшириться. Возникают пульсации плазменного ручья, он делается неустойчивым. Едва заметные местные увеличения толщины шнура мгновенно раздуваются и нарушают устойчивость разряда. Так же действуют и крошечные уменьшения толщины плазменного ручейка. Они тоже влекут за собой разрыв шнура и прекращение разряда.
Итак, многие предсказания теории опытом подтверждены. Магнитное поле оттянуло разряд от стенок трубки и изолировало его. Впервые в истории науки в лабораторных условиях, без всякой бомбы получен колоссальный нагрев вещества — в миллион градусов. Это уже огромный успех.
Эксперименты открыли и немало новых явлений. Стало известно, что в плазменном разряде сжатие не уравновешивается газовым давлением. Процесс получается нестационарным. Едва возникнув, он начинает пульсировать и затухает.
Выяснилось и другое очень важное обстоятельство: оказалось, что развитием разряда в некоторых пределах можно управлять извне. Разрядную трубку помещали внутрь проволочной катушки с электрическим током. Внутри катушки, а следовательно, и в разрядной трубке, возникало продольное (направленное по оси трубки) магнитное поле. И плазменный разряд в таком снаружи наложенном магнитном поле протекал дольше, чем без него. Об этом мы еще поговорим впереди.
И, наконец, еще одно интересное наблюдение.
При миллионе градусов термоядерные реакции в дейтерии почти не происходят: слишком толста еще броня сил электрического отталкивания, слишком мало шансов на совершение «чуда» подбарьерного перехода, о котором вы читали в главе «Право сиять». Слияния дейтонов там необычайно редки, и зафиксировать их практически невозможно.
Каково же было удивление экспериментаторов, об наруживших в 1952 году, что во время плазменного разряда в дейтерии... выделяется довольно много нейтронов. Казалось бы, налицо верный признак термоядерного развития реакции:
Кое-кто, вспоминают участники исследований, начал тогда скакать от радости на одной ноге. Кое у кого возникло сомнение в отрезвляющих предвидениях теории и забрезжила надежда на «преждевременный» термоядерный процесс. Но характер нейтронного излучения оказался совсем не тем, который мог наблюдаться при термоядерной реакции.. И истинная причина появления загадочных нейтронов вскоре стала проясняться.
Вы ведь помните, что солнечные реакции отлично удается воспроизводить и на ускорителях заряженных частиц. Так вот, во время стягивания плазменного шнура, видимо, возникают явления, подобные тем, которые совершаются в ускорителях. Внутри цилиндрического плазменного слоя в какой-то момент остается пустое пространство [8]. Там атомные ядра дейтерия ускоряются, сталкиваются с разгона и вступают в реакции синтеза, освобождая нейтроны. Но, как и в обычном ускорителе, подобные события очень редки, а главное, не учащаются с повышением температуры, не ведут к самоподдерживающемуся цепному процессу.
Одновременно с нейтронами плазма испускает при разряде рентгеновские лучи. Они могут возникнуть лишь при резком торможении быстролетящих электронов (таким способом обычно и получают рентгеновские лучи для практических целей). Но, оказывается, здесь энергия рентгеновских фотонов в десятки раз выше, чем это дозволяет разгон электронов во внешнем электрическом поле. Значит, каким-то способом ускоряются и эти частицы. А тормозясь при столкновениях, ускоренные электроны порождают рентгеновские фотоны больших энергий.
Как мы видим, во время сжатия плазменного шнура возникает не только тепловой хаос, не только разогрев вещества. Какая-то доля энергии расходуется на упорядоченное (и здесь — вредное, отнимающее энергию) ускорение заряженных частиц плазмы. Это тоже непредвиденное явление, но весьма существенное для дальнейших работ.
Весной 1956 года в английском научно-исследовательском атомном центре в Харуэлле академик И. В. Курчатов сделал обстоятельный доклад о трудах советских ученых, направленных на обуздание термоядерных реакций.
Перед английскими физиками, а затем и перед физиками всех стран раскрылся новый мир идей и фактов, представляющих огромную научную ценность. Весть о том, что русские ученые закончили серию труднейших экспериментов, которые в Харуэлле лишь планировались, поразила аудиторию. Но с еще большим удивлением и радостью приняли англичане полноту описания опытов — их методики, технического оснащения, результатов, теоретических предпосылок и выводов.
Газета «Дейли экспресс» писала тогда, что цифры и формулы, сообщенные докладчиком, «...считались бы совершенно секретными в Англии и Соединенных Штатах». Да, это так. И тем не менее несколько месяцев спустя в советском журнале «Атомная энергия» появились статьи, дополняющие доклад И. В. Курчатова и с предельной полнотой освещающие самые тонкие стороны проведенных работ.
Наша Родина подарила миру итоги первых шагов на пути к созданию человеком искусственного солнца, к сказочному обилию энергии.
Можно понять харуэллцев, устроивших овацию «бородатому русскому ученому», посланцу великой страны, приехавшему к ним с добрыми и полезными вестями.
Публикация итогов первых советских работ в области плазменного разряда сослужила немалую службу. Повсюду всколыхнулась творческая мысль физиков. Смягчился режим секретности. На страницах научной печати все чаще стали появляться отчеты об исследованиях в том же направлении. Сотни ученых
