Электроника больших мощностей, возможно, открывает путь к передаче электротока направленным пучком в пространство без волноводов (такие методы описывались в фантастических романах). Таким образом, можно было бы снабжать электроэнергией спутники или орбитальные космические станции.
Конечно, все это не так просто, и Капица предупреждал о существовании затруднений принципиального характера, препятствующих решению этой задачи. Он писал, что рассмотренные им электронные процессы еще мало изучены, «но, по мере их освоения, в электронике больших мощностей откроются перспективы, которые сейчас еще нельзя предвидеть».
В 1954 г. личная лаборатория Капицы переводится в Институт физических проблем и под загадочным названием «Физическая лаборатория» включается в официальный перечень научных академических учреждений. В 1955 г. Капицу вновь назначают директором Института физических проблем и заведующим Физической лабораторией.
Предполагаемая возможность применения электроники больших мощностей для удержания плазмы, вероятно, побудила Капицу заняться изучением плазмы. В декабре 1970 г. в «Вестнике Академии наук СССР» появилась хроникальная заметка о том, что Комитет по делам изобретений и открытий зарегистрировал открытие Капицы, сформулировав его как «Образование высокотемпературной плазмы в шнуровом высокочастотном разряде при высоком давлении». В том же году была опубликована работа Капицы под названием «Термоядерный реактор со свободно парящим в высокочастотном поле плазменным шнуром». Статья сопровождалась чертежом конструкции термоядерного реактора. Означало ли это, что термоядерная энергия вступила на порог практического использования? Наверно, нет, если судить по словам академика Л. А. Арцимовича: «Я надеюсь, что в будущем столетии будет решена проблема, над которой я работаю, – получение термоядерной энергии. Как это произойдет, какой путь приведет нас к этому – сейчас трудно предугадать».
Исследования плазмы в «шнуровом высокочастотном разряде» более десяти лет велись Капицей с небольшим количеством сотрудников Физической лаборатории. В опытах тонкий плазменный шнур парил посредине резонатора в атмосфере дейтерия при давлении в несколько атмосфер. Капица разработал и построил мощный генератор высокой частоты (ниготрон), который позволил получить устойчивый шнуровой разряд. Спектрометрические измерения и теоретические подсчеты привели исследователей к заключению, что в опытах образуется цилиндрическая область радиусом в несколько миллиметров, заполненная горячей плазмой с очень высокой температурой.
После того как Ландау провел все необходимые прикидочные расчеты, Капица стал довольно оптимистически оценивать перспективу создания «переплетенных» шнуров из перегретой высокотемпературной плазмы. Петр Леонидович всегда считал, что они могут иметь большое значение не только для ядерной энергетики, но и для иных, порой довольно неожиданных сфер применения. Кроме того, изучение физики шнуровых плазменных разрядов при исключительно высоких температурах и давлениях, по мнению академика Капицы, могло привести к пониманию многих загадочных плазменных процессов – от шаровых молний и аномальных молниевых разрядов (четочные и ракетные молнии) до ионосферных плазмоидов. К тому же он считал, что дальнейшее углубление наших познаний в области поведения плазмы поможет продвинуть решение многих чисто прикладных задач, в том числе военного характера. Сейчас уже можно с достаточной уверенностью предположить, что именно теоретические построения «гения Дау» убедили Петра Леонидовича в том, что не только исследования термоядерной энергии имеют долговременную перспективу, но и в конечном итоге самофокусирующиеся шнуры высокоэнергетических ионов можно использовать для создания совершенно нового вида оборонного оружия. Именно об этом «плазменном щите», который не смогут преодолеть ни самолеты, ни ракеты противника, и писал академик первым лицам государства – И. Сталину, а затем и Н. Хрущеву.
Рис. 7.9. Высокочастотный разряд электронного плазмотрона
…Как планотроны, так и магнетроны могут быть использованы не только для трансформации электрической энергии постоянного напряжения в энергию высокочастотных электромагнитных колебаний, но с такой же устойчивостью и с такими же показателями их можно использовать для обратного перевода высокочастотной электромагнитной энергии в энергию электрического тока при постоянном напряжении. Этот вывод важен для будущего развития электронных процессов большой мощности, так как этим открывается возможность трансформации высокочастотной энергии и, следовательно, передачи энергии больших мощностей на большие расстояния как в свободном пространстве, так и по волноводам.
П. Капица.
Электроника больших мощностей
Надо заметить, что исследования Капицы в области плазмы далеко не сразу получили всеобщее признание. Многие специалисты в области физики высокотемпературной плазмы считали, что температура плазменного шнура в принципе не может превысить миллионноградусного порога, что слишком мало для возникновения стабильного управляемого термоядерного процесса. Кроме того, действие планотронов и ниготронов в режимах плазмотронов считалось очень опасным для обслуживающего персонала. Кроме того, все плазменные образования воспринимались как неустойчивые, а плазмоиды вообще называли «бомбами из ионов», которые в любой момент могут взорваться, как шаровые молнии. Тем не менее академики Капица и Ландау были увлеченными единомышленниками в том, что плазменный термоядерный синтез навсегда избавит человечество от энергетического голода, а плазменные лучи и щиты надежно защитят их родину от нарушений ядерного паритета американской военщиной.
Тут можно вспомнить, что, решая задачи о релаксации плазмы, ее электропроводности и нагреве, известный советский физик А. А. Власов выяснил, что ее поведение может описываться особым математическим уравнением, получившем название «уравнение Власова». Для плазмы оно играет важнейшую роль, и Анатолий Александрович рискнул применить свое уравнение, которое он считал сверхуниверсальным, к процессам в верхних слоях земной атмосферы. Результат был просто потрясающим: вычисления показывали, что при определенных условиях в магнитосфере Земли могут возникать глобальные колебания, которые отзовутся «магнитогидродинамическим эхом» в толще электропроводящей магмы. Этот необычный результат так поразил профессора Власова, что он написал целый ряд обращений в правительственные и партийные органы с целью обратить внимание на возможность развития планетарной катастрофы при серии мощных термоядерных взрывов на верхней границе ионосферы.
Первым, кто подверг сомнению сенсационный результат Власова, был, конечно же, академик Ландау. Здесь нетрудно восстановить логическую связь, поскольку речь шла о запрете на использование тех самых «электромагнитных пушек» Капицы, с помощью которых опальный академик собирался изменить ход грядущих войн. «Гений Дау» в спешном порядке подверг строгому математическому анализу работы Власова и тут же нашел ряд формальных ошибок. От критического ума Ландау не ускользнул тот факт, что Власов беззаботно произвел деление на ноль, что, как говорил Лев Давидович, является «глубоко безнравственным». Ландау показал, как следует обойти ноль в знаменателе, или, как говорят математики, обойти полюс. Но при этом он пришел к противоположному выводу: волны плазмы в магнитосфере Земли будут затухать с течением времени, и вычислил это затухание. Сейчас оно называется «затухание Ландау» и играет важнейшую роль во всех плазменных процессах.
