Гаранин С.Ф., Мамышев В.И., Якубов В.Б. Система МАГО: современное состояние // 6 симпозиум «Текущие тенденции в международном исследовании синтеза: обзор», Вашингтон (США), 07-11 марта 2005 г. и Международная конференция «Плотные Z-пинчи», Оксфорд (Великобритания), 25 - 28 июля 2005 г.

Область исследований, известная как МАГО (аббревиатура от МАГнитное Обжатие) в России и как MTF (синтез замагниченных мишеней) в США, является альтернативой к основным подходам УТС (системам с магнитным удержанием и инерциальному термоядерному синтезу – ИТС). В отличие от прямого гидродинамического сжатия первоначально холодного топлива (как в ИТС) подход МАГО/MTF состоит из двух стадий:
1. Вначале создается замагниченная горячая плазма, пригодная для последующего сжатия (с магнитным полем ~0.1 MГс , имеющим замкнутую конфигурацию силовых линий, c плотностью ~1018 см-3, температурой ~300 эВ и достаточно малым содержанием примесей, поскольку примеси могут увеличивать потери на излучение).
2. Затем с помощью мощных драйверов (например, взрывомагнитных генераторов - ВМГ) производится квазиадиабатическое сжатие плазмы лайнерами (со скоростями порядка 1 см/мкс) и доведение ее до параметров, соответствующих выполнению критерия Лоусона.
Важным преимуществом этой системы является возможность проведения натурных экспериментов по решению главной научной задачи проблемы УТС - достижения зажигания термоядерных реакций без использования дорогостоящих стационарных источников энергии типа мощных лазерных установок или больших токамаков. Такие эксперименты в системе МАГО могут проводиться с использованием сравнительно деш?вых ВМГ, в области разработки которых ВНИИЭФ является признанным лидером.
Для использования этого подхода необходимо сочетание двух существенных элементов: системы получения замагниченной горячей плазмы и системы сжатия с большой энергетикой. При этом симметрия сжатия может быть реально достижимой, т. е. в МАГО отсутствует основная трудность зажигания в ИТС - высокие требования к симметрии сжатия.
В настоящее время в камерах МАГО в цилиндрическом объеме высотой 5-8 см с внешним радиусом 6-10 см и внутренним 0.9-1.2 см, получена ДТ плазма с параметрами: средняя плотность 8·1017cm-3,  средняя температура 200-250 eV , характерное азимутальное магнитное поле в плазме ~0.16 MG .
Согласно [1-2], если такая теплая плазма в МАГО живет ~10-5 с, то зажигание можно получить, используя систему сжатия с энергией лайнера ~20 МДж и его скоростью ~1 см/мкс. В совместном ВНИИЭФ/ЛАНЛ эксперименте HEL-1 был получен лайнер с близкими параметрами (энергия ~25 МДж, скорость ~0,8 см/мкс) [3]. Одномерные и двумерные расчеты сжатия чистой плазмы в большой камере лайнером с параметрами, близкими к эксперименту HEL-1, показали [4], что в этом случае можно получить плазму с характеристиками, соответствующими критерию Лоусона. Однако полученные в экспериментах с помощью рентгеновских диодов данные говорят о времени жизни плазмы ~2-3 мкс, что недостаточно для получения зажигания при сжатии.
Основываясь на результатах расчетов и экспериментов (см., напр. [5]), наиболее важным механизмом, влияющими на остывание плазмы МАГО, является загрязнение плазмы примесями и ее остывание из-за излучения на примесях. Такое загрязнение плазмы может происходить из-за ее перемешивания с парами изолятора (которые могут образовываться в результате H-отжатого разряда [6]) и из-за смытия плазмой вещества стенок. Для уменьшения влияние H-отжатого разряда необходимо при осуществлении предварительного нагрева создавать условия, при которых испарение изолятора не происходит.
Влияние смытия вещества электродов плазмой на ее загрязнение может быть значительным, имея в виду, что потоки тепла из плазмы в стенки могут приводить к плавлению и даже испарению вещества на поверхностях, особенно в районе сопла, где эти потоки весьма велики. На рисунке представлено распределение по объему камеры медных примесей, смытых плазмой, полученное в двумерном расчете работы камере МАГО для одного из последних опытов. Такие расчеты и оценки турбулентного смытия [7] показывают, что на стадии предварительного нагрева возможно загрязнение плазмы основного объема плазмы, доходящее до уровня нескольких процентов по массе, что может объяснить и уровень сигналов датчиков, регистрирующих рентгеновское излучение из камеры, и время жизни плазмы.
Смытая со стенок камеры масса в процессе сжатия плазмы в камере МАГО при интересующих нас степенях сжатия может быть еще большей, чем на стадии предварительного нагрева. Поэтому в экспериментах по сжатию ДТ–плазмы в камере МАГО необходимо использовать стенки из легких материалов (углерод, бериллий или литий – для стенок, окись бериллия, карбид бора, нитрид бора – для изолятора). На стадии сжатия для снижения потерь на тормозное излучение желательно, чтобы массовая доля намешанного вещества не превосходила 1/Z ( Z – атомный номер элемента). Использование легких элементов в качестве материала для стенок камеры и ее изолятора может привести к увеличению времени жизни плазмы и сделать ее более пригодной для экспериментов лайнер-плазма.
Для достаточно чистой плазмы получение второго пика нейтронов при сжатии плазмы лайнером со скоростью ~0.8 см/мкс возможно уже при объемном сжатии плазмы ~10.
Существующие и разрабатывающиеся возможности ВМГ, методов получения плазмы и вычислительной техники обеспечивают необходимые средства для осуществления зажигания в системе МАГО без значительных капитальных затрат и при сравнительно низкой стоимости самих работ. Ближайшие эксперименты на лабораторных установках и с ВМГ могут проверить расчетные предсказания и дать ответы на критические вопросы (такие как перемешивание с материалом стенок и время жизни плазмы). Такие эксперименты можно было бы считать испытаниями по проверке принципа этого пути к зажиганию.

ЛИТЕРАТУРА:
1.  A. M. Buyko, V. K. Chernyshev, V. A. Demidov, et al. Digest of Technical Papers. 9-th IEEE International Pulsed Power Conf., edited by K. Prestwich and W. Baker, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, v. 1, p. 156, 1993 г..
2. I. R. Lindemuth, R. E. Reinovsky, V. K. Chernyshev, V. N. Mokhov, et al. Phys. Rev. Lett., 75, 1953, 1995 г.
3. V. K. Chernyshev, V. N. Mokhov, B. G. Anderson, C. A. Ekdahl, et al. Digest of Technical Papers. 11-th IEEE International Pulsed Power Conf., edited by G. Cooperstein and I. Vitkovitsky in Cooperation with IEEE Nuclear and Plasma Sciences Society, Baltimore, Maryland USA, p. 566, 1997 г.
4. A. M. Buyko, S. F. Garanin, G. G. Ivanova, et al. Digest of Technical Papers, 12-th IEEE International Pulsed Power Conf., edited by C. Stallings and H. Kirbie in Cooperation with IEEE Nuclear and Plasma Sciences Society, Monterey, California, USA, v. 2, p. 1052, 1999 г.
5. O. M.Burenkov, S. F. Garanin, V. P. Korchagin, et al. Proceedings of 9-th International Conf. on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics. Moscow-St. Petersburg, 2002  Edited by V. D. Selemir and L. N. Plyashkevich, Sarov, VNIIEF, p. 684, 2004 г.
6. S. F. Garanin, D. V. Karmishin. Journal of Applied Mechanics and Theoretical Physics, 45, No. 5, 639, 2004 г.
7. S. F. Garanin, V. I. Mamyshev, E. M. Palagina. "Wall Material Washout by Plasma
during Its 2D Flow in Magnetic Field." Report at the 10-th International Conf. on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics. Berlin, Germany, 2004 г.