Токамак

Токама́к

(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_ω, создаваемого током I, текущим по тороидальному плазменному витку; значительно более сильного тороидального поля Н_φ, параллельного току; относительно слабого поперечного поля H_⊥, направленного параллельно главной оси тора. H_φ, 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: Нφа /Н_ωR > 1, где R —большой радиус тора, а — радиус поперечного сечения плазменного витка. Поперечное поле Н_⊥ — Н_ωа /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_φ = 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.