ТОКАМА́К

Схема токамака: 1 – плазма; 2 – вакуумная камера; 3 – катушки тороидального поля; 4 – поле тока; 5 – тороидальный ток; 6 – обмотки вертикального поля; 7 – индуктор; 8 – центральный соленоид.

ТОКАМА́К, то­рои­даль­ная маг­нит­ная ло­вуш­ка, пред­на­зна­чен­ная для осу­ще­ст­в­ле­ния управ­ляе­мо­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за (УТС). Тер­мин «Т.», пред­ло­жен­ный И. Н. Го­ло­ви­ным в 1955–56, – это аб­бре­виа­ту­ра слов ТОк, КАмера, МАг­нитная Ка­туш­ка, обо­зна­чаю­щих осн. эле­мен­ты Т. (рис.). Маг­нит­ное по­ле слу­жит для удер­жа­ния вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы 1 в то­рои­даль­ной ва­ку­ум­ной ка­ме­ре 2, ог­ра­ж­дая плаз­му от кон­так­та со стен­ка­ми ка­ме­ры. В Т. маг­нит­ное по­ле скла­ды­ва­ет­ся из по­ля ка­ту­шек 3 и по­ля 4 то­ка 5, те­ку­ще­го не­по­сред­ст­вен­но по плаз­ме в то­рои­даль­ном на­прав­ле­нии (то­рои­даль­но­го то­ка). По­ле то­ка пер­пен­ди­ку­ляр­но на­прав­ле­нию са­мо­го то­ка и по­лю ка­ту­шек. Оно за­кру­чи­ва­ет си­ловые ли­нии маг­нит­но­го по­ля по вин­ту, и в ито­ге они об­ра­зу­ют на­бор вло­жен­ных друг в дру­га то­рои­даль­ных по­верх­но­стей. Та­кая маг­нит­ная кон­фи­гу­ра­ция обес­пе­чи­ва­ет рав­но­ве­сие плаз­мы в Т., уст­ра­няя то­рои­даль­ный дрейф за­ря­жен­ных час­тиц плаз­мы. Отд. за­ря­жен­ная час­ти­ца мо­жет удер­жи­вать­ся в Т. бес­ко­неч­но дол­го; т. е. Т. яв­ля­ет­ся иде­аль­ной ло­вуш­кой. По­те­ри плаз­мы в Т. оп­ре­де­ля­ют­ся пе­ре­но­са про­цес­са­ми, свя­зан­ны­ми со столк­но­ве­ния­ми час­тиц и тур­бу­лент­но­стью плаз­мы. Об­мот­ки 6 слу­жат для соз­да­ния вер­ти­каль­но­го по­ля, обес­пе­чи­ваю­ще­го удер­жа­ние плаз­мен­но­го шну­ра в це­лом, и по­зво­ля­ют кон­тро­ли­ро­вать фор­му его се­че­ния.

От­ли­чит. чер­та Т. – при­сут­ст­вие элек­трич. то­ка. Для его соз­да­ния при­ме­ня­ет­ся прин­цип обыч­но­го транс­фор­ма­то­ра с ин­дук­то­ром 7. Пер­вич­ной об­мот­кой транс­фор­ма­то­ра слу­жит центр. со­ле­но­ид 8, а вто­рич­ной, од­но­вит­ко­вой об­мот­кой – соб­ст­вен­но плаз­ма. Ток в Т. со­зда­ёт не­об­хо­ди­мую для удер­жа­ния плаз­мы ком­по­нен­ту маг­нит­но­го по­ля и на­гре­ва­ет плаз­му. Бла­го­да­ря та­ко­му со­че­та­нию удер­жа­ния и на­гре­ва Т. за­ня­ли ли­ди­рую­щее ме­сто сре­ди др. сис­тем маг­нит­но­го УТС, та­ких как стел­ла­ра­то­ры, от­кры­тые ло­вуш­ки, пин­чи, пин­чи с об­ра­щён­ным по­лем и др. Од­на­ко ток мо­жет слу­жить и при­чи­ной не­ус­той­чи­во­стей плаз­мы, наи­бо­лее опас­ная из ко­то­рых – не­ус­той­чи­вость сры­ва, при­во­дя­щая к вы­бро­су плаз­мы на стен­ку и пре­кра­ще­нию раз­ря­да в Т. За­да­ча дли­тель­но­го под­дер­жа­ния то­ка – гл. труд­ность в обес­пе­че­нии ста­цио­нар­ной ра­бо­ты то­ка­ма­ка.

Прин­ци­пы Т. сфор­му­ли­ро­ва­ны И. Е. Там­мом и А. Д. Са­ха­ро­вым в нач. 1950-х гг., важ­ней­шие эле­мен­ты тео­рии раз­ра­бо­та­ны В. Д. Шаф­ра­но­вым. До 1970 ис­сле­до­ва­ния на Т. ве­лись ис­клю­чи­тель­но в Ин-те атом­ной энер­гии им. И. В. Кур­ча­то­ва. В СССР бы­ли пред­ло­же­ны и реа­ли­зо­ва­ны важ­ней­шие фи­зи­ко-тех­нич. ре­ше­ния, оп­ре­де­лив­шие уст­рой­ст­во совр. Т., в т. ч. не­круг­лое се­че­ние плаз­мы, сверх­про­во­дя­щие об­мот­ки, ме­тод об­рат­ных свя­зей кон­тро­ля плаз­мы, прин­ци­пы до­пол­нит. на­гре­ва плаз­мы и не­ин­дук­ци­он­но­го под­дер­жа­ния то­ка. К 2016 в ми­ре по­строе­но неск. со­тен Т. В 2020-х гг. пла­ни­ру­ет­ся за­вер­шить со­ору­же­ние круп­ней­ше­го в ми­ре ме­ж­ду­нар. тер­мо­ядер­но­го экс­пе­рим. ре­ак­то­ра (то­ка­ма­ка) ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).