Jak to bylo s fúzí – část sedmá

Skončila nejhroznější válka v historii lidstva a vítězné mocnosti zabíraly poražené Německo. Za prvními liniemi spojeneckých armád kráčeli vědci a technici, aby našli a odvezli vše, co uznali, že bude vhodné pro ekonomiky jejich států.

(Pokračujeme v seriálu: první díl vyšel 24. 6. 2015 zde  http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1705-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-prvni, druhý díl 24. 9. 2015 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1749-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-druha, třetí 28. 11. 2015 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1750-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-treti, čtvrtý 28. 1. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1771-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-ctvrta , pátý 28. 2. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1770-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-pata, šestý 27. 3. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1816-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-sesta )

Wirbelrohr – válečná kořist

Spojené království odvezlo z berlínské firmy Seimens-Schucker výkresy zařízení, které tam po sobě nechal Max Steenbeck. Steenbeck se zajímal o urychlovač elektronů – betatron. Angličaní odvezli návrh skleněné roury stočené do kruhu. Rusové netroškařili a odvezli samotného Maxe Steenbecka.

Angličani měli informace o Wirbelrohru. Rusové jejich autora.

Neodmyslitelnou komponentou betatronu je elektronová tryska. Zavést svazek elektronů emitovaný tryskou na rovnovážnou dráhu evakuované komory, kde bude posléze urychlen, je nesmírně komplikovaná záležitost. Max Steenbeck se pokusil problém vyřešit tak, že trysku zcela odstranil  a svazek elektronů hodlal extrahovat z plazmatu. Plazma chtěl vybudovat ionizací napuštěného plynu vhodného tlaku výbojem. Výboj by prorazilo napětí indukované vybitím kondenzátorové baterie do primárního vinutí transformátoru, jehož sekundárním vinutím měl být proud elektronů pokud možno v runaway režimu. Do režimu runaway vklouznou elektrony s dostatečnou rychlostí, neboť se vzrůstající energií klesá srážkový průřez a elektrony jsou místo termalizace srážkami prakticky „neomezeně“ urychlovány. Od stěny vakuové trubice by byly izolovány, to je důležité, vlastním magnetickým polem. Modifikaci betatronu s plazmatem a bez trysky nazval Wirbelrohr – indukční trubice. O Wirbelrohr se zajímala společnost  English Electric a …G. P. Thomson. Wirbelrohr není nic jiného než toroidální z-pinč. A propos runaway elektrony! Jedno ze žhavých témat současných tokamaků, kde jsou ale zcela nežádoucím jevem. Nárazem na stěny vakuové komory ji ničí.

Wirbelrohr ve Spojeném království

G. P. Thomson, který roky usiloval o stavbu velkého termojaderného zařízení podle patentu Thomson & Moses, dostal k ruce dva vědychtivé absolventy vojenské služby Alana Wareho a Stanleye Cousinse. Pověřil je, aby v rámci získání doktorátu postavili Wirbelrohr. Za tři roky Imperial College v Londýně experimentovala s anglickým  Wirbelrohrem  a v první verzi dosáhla s vakuovou komorou o průměrech 25/3 cm 13 kA  elektrického proudu. Spektroskopická měření svědčila o pinčování proudu, ale pinč přímo vidět nebyl.

První pinčové plazma

Dvojice rozhodně nehodila flintu do žita a málo větší toroid o průměru 40 cm s vtipným vylepšením přívodu vf napětí na pokovenou trubici, zaznamenal v roce 1949 proud 27 kiloampérů a především přímo viditelný pinč. První viditelně pinčované plazma bylo na světě! Mezi tím English Electric o Wirbelrohr  ztratila zájem a od pokusů s ním upustila. Ware a Thomson o svých experimentech informovali svět v článku, který vyšel v Proceedings of the Physical Society 1. února 1951.

Lavrentěv studuje v Moskvě

Na druhé straně zeměkoule na ostrově Sachalin se na svoji vědeckou kariéru připravoval samostudiem seržant Rudé armády bez maturity Oleg  Alexandrovič Lavrentěv. V roce 1950 se zapsal v Moskvě na Fyzikální fakultu Moskevské státní univerzity a navázal kontakty se špičkami politického a vědeckého života v Sovětském svazu. Díky svým těžko uvěřitelným dopisům ze Sachalinu do Moskvy, ve kterých navrhl jak neřízenou, tak řízenou termojadernou fúzi, získal dočasně přístup do ústavu LIPAN, kde se formovala v Oddělení výzkumu plazmatu skupina, která měla prověřit návrhy Sacharova a Tamma jménem Magnetický termojaderný reaktor, MTR. 5. dubna 1951 Stalin podepsal usnesení Rady ministrů o stavbě modelu MTR L, který měl později následovat větší MTR L2. O měsíc později 5. května Stalin podepsal druhý dokument o organizaci prověřování správnosti návrhů Sacharova a Tamma. Dlužno podotknout, že Sacharova k návrhu Magnetického termojaderného reaktoru inspiroval druhý dopis Lavrentěva, který Sacharov recenzoval!

Wirbelrohr v Sovětském svazu

Začátkem května navštívil Lavrentěv poprvé  fúzní laboratoř v LIPAN (Laboratoria izmeritělnych priborov Akaděmii nauk, později Ústav atomové fyziky I. V. Kurčatova). Zaujaly ho dva přístroje. Jeden byl v plném provozu a druhý stál smutný v koutě laboratoře – podle průvodce Golovina   – první idea Sacharova, kterou opustili kvůli „novým nápadům“.  Lavrentěv se trefil do období, kdy se síla skupiny napřela do výzkumu pinčovaného plazmatu a návrhům, na kterých vlastně stálo vytvoření skupiny, se věnovalo jen málo výzkumníků. Ve svých pamětech Lavrentěv popisuje jedno z funkčních zařízení. Byl to Wirbelrohr! Obrázek najdete v knížce E. I. Kuzněcova „Na puti k magnitnomu těrmojaděrnomu reaktoru“ na str. 32.

Wirbelrohr, ač nebyl svým autorem Maxem Steenbeckem myšlen jako fúzní zařízení, se pojednou objevil ve dvou fúzních laboratořích. Však Max Steenbeck ve svým pamětech doslova píše „Ale ani k prvním pokusům jsem se nedostal (s Wirbelrohrem – pozn. autora), přišla válka se svými zcela jinými požadavky; zmiňuji tady tuto myšlenku jenom proto, protože později měla pro mne hrát velkou roli, i když zcela jiného druhu, než bylo původní snažení“

V Imperial College Londýn a Oddělení pro výzkum plazmatu ústavu LIPAN v Moskvě. Jak se dostal do Londýna víme – výkresy k němu zabavila ho Control Comission  v Berlíně. Ovšem která cesta Wirbelrohr dovedla do Moskvy? Článek Cousinse a Wareho vyšel 1. února 1951. To ještě nebyla fúzní skupina na světě – ta se začala formovat po 5. dubnu 1951. Mohl některý z jejich členů článek číst, ale také nemusel. Wirbelrohr zahájil činnost v Londýně kolem roku 1949. V zimě 1949/50 byl zatčen sovětský špion Klaus Fuchs, jinak vedoucí teoretického oddělení v AERE Harwell. O fúzi se zajímal a s Wirbelrohrem se setkal na schůzce anglických fúzistů v lednu 1947 v Harwellu. Znal se dobře se školitelem mladíků Wareho a Cousinse – s G. P. Thomsonem a podporoval ho v jeho úsilí postavit termojaderný reaktor. Nebyla to snad tato skulina, kudy pronikla informace o Wirbelrohru do Moskvy? A. Ware ve svých vzpomínkách o tom, že K. Fuchs prozradil Moskvě vše co britské fúzi věděl, nepochybuje. Je tu ale ještě jedna možnost. Víme, že Wirbelrohr odvezli z Berlína Angličané, ale jeho autora Maxe Steenbecka si přivlastnili Sověti. Steenbeck se v zajetí zabýval separací izotopů pro atomovou bombu a vzpomíná, jak v sovětském zajateckém táboře sepsal svoje vzpomínky na Wirbelrohr, které byly poslány do Moskvy. Při rekonvalescenci v moskevském sanatoriu navštívil Steenbecka sám Lev Arcimovič a požádal ho o přednášku. Max Steenbeck před třiceti fyziky, akademiky a ministry vyprávěl o Wirbelrohru!

Wirbelrohr na cestách

Seřaďme si tři možné zdroje informací o Wirbelrohru podle pravděpodobnosti, že jsou správné:

1. Max Steenbeck 50 %
2. Klaus Fuchs, špion 30 %
3. Článek Cousinse a Wareho 19 %
4. Někdo neznámý 1 %

Za pořadí a procenta nesu odpovědnost sám a vycházím ze znalosti nejrůznějších pramenů.

V každém případě, ač měla skupina v Moskvě podle usnesení Rady ministrů (vlády) podepsaného samotným J. V. Stalinem se zabývat ověřením myšlenky Sacharova a Tamma, postavila hned na počátku své existence pinč a Magnetickým termojaderným reaktorem se zabývala okrajově. Teprve když se ukázalo, že pinč je silně nestabilní výboj, napřela skupina síly na MTR a výsledkem je mezinárodní termojaderné zařízení, které staví polovina zeměkoule na jihu Francie – výsledkem je/bude tokamak ITER.

Věčná škoda, že dnes nemají Rusové peníze na výzkum řízené fúze.

Poznámka: Příslušnou zprávu o Wirbelrohr hledal autor v tesne spolupraci s Churchil Archive Center v Cambridge 14 dnu. Byli nesmirne ochotni (a drazí - stála 17,4 libry, což zaplatil autor článku).