Jak to bylo s fúzí – část pátá

Příběh vojáka Rudé armády ze Sachalinu Olega Alexandroviče Lavrentěva je takřka neuvěřitelný. Sedmnáctiletý chlapec se zájmem o atomovou fyziku dobrovolně narukoval na vojnu a při sovětsko-finském konfliktu získal medaili za statečnost. Konec války ho zastihl na ostrově Sachalin. Maturitu složil přes zákaz vojákům studovat dálkově – svými přednáškami o využití atomové energie v armádě pro mužstvo i velitelský sbor si však získal potřebnou protekci.

(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 )

Když americký prezident vyzval Kongres k dokončení konstrukce vodíkové Superbomby, neboť Sovětský svaz úspěšně vyzkoušel klasickou atomovou pumu, poslal Lavrentěv zprávu do Moskvy, že zná „tajemství“ vodíkové bomby a má představu jak by měl vypadat reaktor pro civilní využití termojaderné energie. Tím se stal prvním, kdo se v Sovětském svazu vážně zabýval řízenou termojadernou reakcí.

Inertial Electrostatic Confinement

Jeho dopis dostal k posouzení mladý A. D. Sacharov, který pracoval na konstrukci vodíkové bomby. Zaujala ho myšlenka využít k řízenému termojadernému hoření relativně řídké plazma. Ze své současné práce byl zvyklý spíše na hustotu převyšující hustotu pevné látky. Nicméně se mu nezdál způsob elektrostatického udržení horkého plazmatu, neboť nezbytné elektrody by zřejmě podle něho nevydržely tepelnou zátěž okolního plazmatu. Lavrentěv uzavřel plazma do kulové vakuové nádoby a koncentrické elektrody měly vytvořit jak urychlující, tak udržující elektrostatické pole. Pro tento způsob izolace horkého plazmatu se později vžil název elektrostatické inerciální udržení – IEC (Inertial Electrostatic Confinement). Inerciální proto, že ionty, které termojaderně nezreagovaly, byly vráceny do plazmatu brzdným polem mřížek. Jinými slovy zůstaly zachovány.

V každém případě Sacharov vysoce ocenil Lavrentěvovu erudici a svým nadřízeným ho doporučil jako velmi schopného mladíka, kterého je třeba všemi silami podpořit.

Ze Sachalinu do Moskvy

V roce 1950 nastoupil Lavrentěv do prvního ročníku Fyzikální fakulty Moskevské státní university. Na základě sachalinského dopisu a rozsáhlé zprávy vypracované za přísně střežených podmínek ještě na Sachalinu se setkal v Moskvě jak s politickými, tak i s vědeckými kapacitami v oblasti fyziky termojaderné fúze. L. P. Berija, ministr vnitra a v té době i předseda Zvláštní komise pro atomový výzkum, mu poskytl mimořádné výhody včetně třípokojového bytu, přístupu k literatuře, speciálního stipendia a individuálních učitelů. I. V. Kurčatov, otec sovětské atomové bomby, ředitel LIPAN (Laboratorija Izmeritělných Priborov Akaděmii Nauk – Laboratoř měřicích přístrojů Akademie věd, krycí název ústavu pro atomovou energii) Lavrentěvovi doporučil absolvovat MGU místo za 5 za 4 roky a zařídil mu propustku do LIPAN, do nově vzniklého OPI – Oddělení výzkumu plazmatu (Otděl plazmatičeskovo issledovanija).

Lavretěv v krátké době splnil první body svého vlastního kariérního programu: složil maturitní zkoušku, studoval na MGU, seznámil se s vedoucími osobnostmi sovětského programu řízené fúze. Zbývalo mu ověřit svoji myšlenku elektrostatického termojaderného reaktoru. Ověřit, to znamenalo postavit pokusné zařízení. Ukázalo se, že stavba zařízení na principu IEC nebude úplně jednoduchá a že poslední bod programu mladého fyzika je téměř nesplnitelný.

Vyhovět Lavrentěvovu přání by znamenalo otevřít zcela nový program výzkumu řízené fúze. V Moskvě, která lavírovala mezi tokamakem a pinčem, pro něj viditelně nebylo místo, resp. peníze. Lavrentěv sice obhájil svoji myšlenku před komisí vedenou Leontovičem, šéfem teoretické části sovětského fúzního programu (celý program vedl L. A. Arcimovič), a také komise, kde zasedali kolegové Lavrentěva z LIPAN I. N. Golovin a S. Ju. Lukjanov, a kde v koutku mlčel I. E. Tamm, nenašla principiální nedostatky, ale stavbu pokusného zařízení nedoporučila.

Fyzikálně technický ústav v ukrajinském Charkově

To by ovšem nebyl Lavrentěv, aby se nechal odradit. Pracoval na své myšlence ještě s větším nasazením a za pomoci matematika A. A. Samarského spočítal elektromagnetickou past – lovušku Lavrentěva.

Lavrentěv však musel čelit další osudové ráně. Zemřel Stalin a Beriju popravili. Jakožto virtuálnímu chráněnci Beriji se mu náhle všechny dosud otevřené dveře zavřely: žádné stipendium, žádný byt, žádné návštěvy LIPAN. To poslední byl před dopsáním závěrečné práce největší šok. O to cennější byl červený diplom. Rok, který na žádost Kurčatova ušetřil čtyřletým místo pětiletým studiem MGU, strávil hledáním práce. Nakonec se na něho usmálo štěstí, kterému pomohl, jak jinak, dopisem generálnímu tajemníkovi S. N. Chruščovovi a nastoupil do Fyzikálně technického ústavu FTI v ukrajinském Charkově. A to nebyla žádná podřadná instituce. Na půdě FTI se uskutečnila první štěpná reakce v SSSR a před fašismem do něj emigroval z Německa jeden z tvůrců teorie sluneční fúze Fritz Houtermans, učitel otce sovětské atomové bomby I. V. Kurčatova.

Chvíli trvalo, než se Lavrentěv na novém pracovišti aklimatizoval, než překonal nedůvěru okolí vybuzenou svou poněkud konfrontační a neústupnou povahou a než náhodou v suterénu našel skupinu, která se pod vedením V. S. Běloselského zajímala o termojadernou fúzi. Beloselskij a Lavrentěv byli naladěni na stejnou notu a výsledkem jejich koncertu byly první elektromagnetické pasti. Zatím příliš malé, aby hořela fúze, ale dost velké, aby potvrdily správnost Lavrentěvových idejí. Elektromagnetická past C-3 už měla supravodivé magnetické cívky.

O Lavrentěvovu práci projevil zájem student Ilinoiské university T. J. Dolan. Přečetl si totiž Lavrentěvovy „ukrajinské“ články. T. J. Dolan nastoupil do Ústavu pro energii v Quebecku. Doktorát obhájil na využití laserového heterodynu pro měření hustoty plazmatu v elektromagnetické pasti. Zásluhou T. J. Dolana postavili v Quebecku elektromagnetickou past KEMP II se supravodivými cívkami. Do Charkova přijel z Kanady John M. Larsen, aby se seznámil s Lavretěvovými lovuškami. Kanaďané navrhli uzavřít dohodu o vědecké výměně a spolupráci, ale Goskomitět (Státní komise) pro atomovou energii nesouhlasil.

Program elektromagnetických pastí JUPITĚR

Na legendární konferenci v Novosibirsku 1968 se setkal Lavrentěv s Robertem Hirschem, pozdějším vedoucím fúzní sekce AEC (Atomic Energy Committee), garantem amerického fúzního programu. Nadřízení z Charkova si zájmu o Lavrentěva všimli a výsledkem byl program elektromagnetických pastí JUPITĚR. Vrcholem měl být JUPITĚR-2T, mnohaštěrbinová elektromagnetická past, která měla v plánu teplotu 100 000 stupňů, hustotu 10¹⁴ cm^-3 a dobu udržení energie 1 sekundu, což byly na rok 1976 slušné hodnoty. Opět, a určitě ne poprvé, zasáhl osud. Lavrentěvův vedoucí Kalmykov, který byl mladému nadšenci více než nakloněn, se nechal na stáži v Anglii ozářit a brzy na to zdravý a aktivní sportovec zemřel na zhoubný nádor jícnu.

Elektromagnetická past JUPITĚR-2

Nový vedoucí doporučil Lavrentěvovi zmenšit rozměry JUPITĚRA-2T na méně než polovinu. Z finančních důvodů, jak jinak. Nákresy měly hlavičku Elektromagnetická past JUPITĚR-2. Ani tato redukce nákladů nové vedení neuspokojila a kreslilo se znovu. JUPITĚR-2M byl pouhá jedna třetina JUPITĚRA-2. (Písmeno „T“ znamenalo „těrmojaděrnyj“ a písmeno „M“ „malyj“.)

Cesty necesty na „západ“

Lavrentěvovy cesty na „západ“ zdaleka neodpovídaly jeho mezinárodnímu věhlasu. Mezinárodně se uvedl v roce 1973 příspěvky na dvou konferencích – na VI. Evropské konferenci o řízené termojaderné fúzi a fyzice plazmatu a po druhé na XI. Mezinárodní konferenci o jevech v ionizovaných plynech, kde se podílel v rámci sovětské delegace na práci pro konferenci. Byl to jeho první výjezd za hranice Sovětského svazu. V Berlíně se spřátelil s profesorem teoretické fyziky Bo Lehnertem z Rady atomového výzkumu ve Švédsku. V roce 1974 chtěl vyjet na konferenci Electrostatic and Electromagnetic Confinement of Plasmas and the Phenomenology of Relativistic Electron Beams, která se konala v New Yorku. Jeho příspěvek obsahující přehledovou práci „Elektrostatické a elektromagnetické pasti vysokoteplotního plazmatu“ přednesl ale jeho vedoucí A. A. Kalmykov a později byl otištěn ve sborníku prací New York Academy of Science. V roce 1975 se účastnil přípravných prací pro VII. Evropskou konferenci o řízené termojaderné fúzi a fyzice plazmatu, která se konala v Laussane a vystoupil se zvanou přednáškou. Setkal se tam se starými známými R. Hirchsem a Bo Lehnertem. V roce 1978 dostal pozvání na konferenci v Italii, kde měl vystoupit s příspěvkem o elektrostatickém udržení plazmatu a stlačení a ohřevu pevných terčíků při ozáření ionty. Průtahy s vyřízením cesty byly vražedné. Nikam nejel. O „spolupráci“ Lavrentěva a kanadského Quebecku jsme mluvili.

Činnost Lavrentěva v Charkově neušla pozornosti centra sovětské fúze a v letech 1981 až 1985 fungovalo zařízení ATOLL (Antiprobočnaja TOroidalnaja Lovuška Lavrentěva – Anti-zrcadlová toroidální past Lavrentěva) pod vedením samotného M. S. Ioffeho moskevském Kurčatovově ústavu atomové energie. V roce 1989 program JUPITĚR skončil. Ne kvůli chabým výsledkům, ale kvůli perestrojce.

Lavrentěv a Sacharov

Velmi zajímavá epizoda Lavrentěvova života „mezi atomy“ se týká samotného A. D. Sacharova. Sacharov recenzoval Lavrentěvův dopis ze Sachalinu v roce 1950, osobně se poznali při návštěvě Beriji o rok později a občas se vídali v LIPANu. Lavrentěv se seznámil s ideou MTR Sacharova a Tamma v roce 1951 a netušil, že na myšlenku magnetické izolace dvojice nepřišla nezávisle na něm, ale až po seznámení s jeho dopisem. Když se po přečtení knížky A. M. Livanové: Fiziki o fizikach, Molodaja gvardija, 1968, dozvěděl na str. 143, že to byl on, kdo inicioval zájem A. D. D. Sacharova o izolaci horkého plazmatu silovým polem, Sacharovovo tajnůstkářství ho příliš nepřekvapilo. Doba nebyla zralá na důvěrné diskuze, ani mezi přáteli. Nicméně ho napadlo podat přihlášku objevu termoizolace plazmatu silovým polem. To bylo v roce 1973. Státní komise pro vynálezy a objevy ho požádala o originál sachalinského dopisu. Ten ovšem nebyl k nalezení. V archivu UV KSSS mu sdělili, že dopis je s největší pravděpodobností skartován. Státní komise chtěla alespoň zprávu o obsahu dopisu od Sacharova. Sacharov Lavrentěvovi vyhověl, ale Státní komisi samotný dopis nestačil. Sacharov ho musel opatřit razítkem zaměstnavatele! Podpis akademika, který měl v šuplíku tři medaile Hrdiny socialistické práce, Úřadu nestačil. Úřady „fungují“ za každého režimu. 5. dubna 1989 se Lavrentěv setkal se Sacharovem v jeho moskevském bytu. Bylo to poslední setkání dvou pozoruhodných osobností. V prosinci Sacharov zemřel.

Perestrojka objevila nejen oligarchy, ale i sachalinský dopis zasutý v Archivu prezidenta Ruské federativní republiky. O. A. Lavrentěv se stal slavným. Nejen v bývalem Sovětském svazu, ale v celém vědeckém světě. Byl to přece on, kdo inicioval – i když oklikou – myšlenku tokamaku. Potvrzení o objevu bylo to nejmenší, co Lavrentěva na sklonku vědecké kariery potkalo. Přijetí u prezidenta Ukrajiny, státní vyznamenání, titul doktora věd. Ovšem peníze na uskutečnění jeho životního snu se neobjevily. Příspěvek „Multislit electromagnetic trap JUPITER F“ přednesl Oleg Alexandrovič Lavrentěv ještě na mezinárodní konferenci v Aluště v roce 2008. V roce 2011 zemřel.