Дерек Робинсон (физик)

Дерек Чарльз Робинсон, ФРС ^{[ 1 ]} (27 мая 1941 г. - 2 декабря 2002 г.) был физиком работал в британской программе термоядерной энергетики . , который большую часть своей профессиональной карьеры ^{[ 2 ]} Изучая турбулентность в британском реакторе ZETA , он помог разработать концепцию обратного пинча поля , область исследований, которая изучается и по сей день. Он наиболее известен своей ролью в проведении критических измерений на приборе Т-3 в СССР в 1969 году, благодаря которому токамак стал основным энергетическим устройством магнитного термоядерного синтеза и по сей день. Он также сыграл важную роль в разработке сферической конструкции токамака при создании устройства START и его продолжения, MAST . Робинсон отвечал за часть программы термоядерного синтеза Управления по атомной энергии Великобритании с 1979 года, пока он не взял на себя всю программу в 1996 году, прежде чем он умер в 2002 году.

Ранние годы

Робинсон родился в Дугласе на острове Мэн . Поскольку его отец служил в Королевских ВВС , Робинсон часто переезжал и проводил в среднем восемнадцать месяцев в одной начальной школе. В средней школе он блестяще разбирался в естественных науках и математике и решил сделать карьеру в области физики . Его любовь к церкви и особенно к органной музыке также возникла в этот период, когда он пел в местном церковном хоре. ^{[ 3 ]}

Он поступил в Манчестерский университет Виктории и окончил его как лучший студент года по физике. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Профессор Робинсона Брайан Флауэрс познакомил его с исследователями из Научно-исследовательского института атомной энергии , более известного просто как «Харвелл». ^{[ 5 ]} Ему было поручено защитить докторскую диссертацию по физике под руководством Сэма Эдвардса . ^{[ 3 ]}

Нейтроны ZETA

Харвелл управлял самым большим, самым мощным и самым сложным термоядерным устройством — термоядерным реактором ZETA (термоядерный реактор) . Когда ZETA впервые начала работу летом 1957 года, она испустила большие всплески нейтронов , что является наиболее очевидным признаком реакций ядерного синтеза . Измерения температуры плазмы подтвердили этот результат; температура в машине, по-видимому, достигла 5 миллионов градусов, что достаточно для того, чтобы генерировать термоядерный синтез с низкой скоростью, в пределах двух от количества нейтронов, которое можно было бы ожидать при такой температуре.

Когда первые результаты ZETA были обнародованы на пресс-конференции в январе 1958 года, Джон Кокрофт сначала уклонялся от ответа на этот вопрос, но в конце концов заявил, что он на 90% уверен, что они получены в результате термоядерных явлений. Это оказалось неверным. Фактическая температура реактора была намного ниже, чем предполагали измерения, и слишком низкой для осуществления термоядерного синтеза. В мае пришлось отказаться от заявлений о слиянии, что стало большим унижением.

Со временем природа нейтронов была изучена и стала пониматься как отдельные события, вызванные нестабильностью внутри плазмы. Ранее в ZETA успешно решались «грубые» нестабильности, но их исправление просто привело к появлению еще одного набора нестабильностей, который нужно было исправить. Новые были вызваны турбулентностью внутри плазмы. Некоторый прогресс в подавлении этих явлений был достигнут Е. П. Баттом и другими, но они не были хорошо поняты. ^{[ 5 ]}

Перед Робинсоном была поставлена задача лучше понять природу турбулентности и провести серию экспериментов для ее характеристики. Эти эксперименты привели к лучшему пониманию теоретической природы проблемы, что, в свою очередь, привело к крупной работе Джона Брайана Тейлора по общей теории сильноточных электрических разрядов в магнитных полях. ^{[ 5 ]} Эта работа стала крупным достижением в физике плазмы и благодаря ей представила концепцию обратного полевого пинча , область исследований, которая изучается и по сей день.

Когда природа этих проблем стала ясна, команда ZETA перешла от попыток термоядерного синтеза к разработке значительно улучшенных диагностических инструментов для характеристики плазмы. Вместо измерения спектроскопии ионов можно напрямую измерить скорость электронов посредством томсоновского рассеяния . Однако для эффективной работы требуется яркий и высокомонохроматический источник света. Появление лазера в 1960-х годах стало именно таким источником, и начиная с 1964 года команда Харвелла стала экспертом в этой системе.

Новосибирск и Т-3

С середины 1950-х годов Советы спокойно разрабатывали токамак . По конфигурации токамак во многом идентичен устройствам z-пинча , таким как ZETA, состоящим из кольца магнитов, окружающих тороидальную вакуумную трубку, с большим трансформатором, используемым для индукции тока в плазму. Магнитное поле двух источников смешалось, образовав единое спиральное поле, обвивающее плазму. Две системы различались прежде всего соотношением мощности полей; Поле ZETA почти полностью генерировалось током трансформатора, в то время как токамак использовал более мощные кольцевые магниты, чтобы более точно сбалансировать их. Это, казалось бы, незначительное изменение оказывает огромное влияние на динамику плазмы; Спираль ДЗЕТЫ медленно обвивала плазму, а у токамака была довольно "извилистой". Это измеряется «коэффициентом безопасности ».

К середине 1960-х годов экспериментальные машины продемонстрировали, что концепция токамака значительно превосходит старые конструкции. Однако Советы ждали, возможно, желая избежать еще одного провала ZETA, пока они не были абсолютно уверены, что их машины выдают цифры, соответствующие измерениям. Эта работа продолжалась в 1967 и 1968 годах, что совпало с Третьей Международной конференцией по физике плазмы и исследованиям в области управляемого термоядерного синтеза, проходившей в Новосибирске в августе 1968 года. ^{[ 6 ]}

показатели новейшего реактора Т-3 Когда на встрече были объявлены — температура плазмы 10 миллионов градусов, время удержания более 10 миллисекунд и явные признаки термоядерного синтеза — термоядерное сообщество было ошеломлено. Эти машины были как минимум на порядок лучше, чем любые другие устройства, в том числе гораздо большего размера и теоретической производительности. Тогда возник вопрос, были ли результаты реальными, и возник скептицизм. ^{[ 6 ]}

Лев Арцимович ответил на эту озабоченность, пригласив «Баса» Писа доставить команду ZETA на Т-3 в Курчатовском институте в Москве . В разгар Холодной войны это была уникальная возможность. Но опасения британцев по поводу возможного дезертирства означали, что британские подданные, обладающие ценными знаниями, могли поехать в СССР только в том случае, если «в сопровождении надежного человека». Робинсон решил эту проблему, женившись на Мэрион Куармби в 1968 году и пройдя ускоренный курс русского языка. ^{[ 5 ]}

Команда «Калхэмская пятерка» во главе с Николом Пикоком прибыла в 1969 году. Их эксперименты прошли не очень хорошо: поначалу они не могли видеть свет на заднем плане. Робинсон возглавил усилия по улучшению мощности рубинового лазера , в конечном итоге увеличив ее в 100 раз. Теперь сигнал стал четким, подтверждая советские результаты измерений порядка 20 миллионов градусов. ^{[ 5 ]} Их статья, опубликованная в журнале Nature в ноябре 1969 года, привела к революции в исследованиях термоядерного синтеза, поскольку практически все остальные концепции дизайна были заменены токамаками.

«Дерек Робинсон пользовался большим уважением в России с момента его визита в 1968 году, его измерения профилей электронной температуры в плазме Т-3 положили начало активным исследованиям токамаков во всем мире. Дерек был известен своими блестящими научными исследованиями. и яркая личность, он был чрезвычайно дружелюбным, обаятельным, умным и интеллигентным человеком, которого запомнят все, кто его встречал». - Евгений Велихов, президент Курчатовского института ^{[ 7 ]}

КОМПАС и СЦ

По возвращении в Великобританию в 1970 году Робинсон переехал в лабораторию UKAEA в Калхэме, где собирались ранее разрозненные усилия по термоядерному синтезу. Он возглавил усилия по созданию собственного токамака в Великобритании COMPASS . ^{[ 5 ]} Когда эксперименты показали, что некруглые ограничительные зоны будут иметь более высокие характеристики, Робинсон возглавил усилия по преобразованию КОМПАСА в КОМПАС-D, который имел ограничительную зону каплевидной формы. КОМПАС-Д подтвердил концепцию. D-образная плазменная область является особенностью всех современных конструкций токамаков.

Его поиск альтернативных решений означал, что он был особенно восприимчив к Мартину Пэну из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) в США, который пытался пробудить интерес к концепции сферического токамака (ST). По сути, токамаки ST представляли собой небольшие токамаки, но сочетание особенностей предполагало, что они будут значительно улучшать производительность по сравнению с традиционными конструкциями. ORNL разработала машину для проверки концепции «STX». ^{[ 8 ]} но не смогли обеспечить финансирование для создания машины.

Робинсону удалось получить 10 миллионов фунтов стерлингов, которых было достаточно для строительства вакуумной камеры и большей части вспомогательного оборудования. Другое оборудование, включая инжектор нейтрального луча, было «одолжено» у ORLN, чтобы уложиться в бюджет. Машина СТАРТ была введена в эксплуатацию в 1991 году и сразу же дала результаты, которые соответствовали или превосходили практически любую другую машину в мире, включая те, которые стоят во много раз дороже. Успех START привел к появлению подобных машин по всему миру, включая собственную машину Culham MAST .

Руководство JET и UKAEA

В 1990 году Робинсон был назначен членом Великобритании в проекте Joint European Torus (JET) после того, как Калхэм был выбран в качестве места для его строительства. Шесть лет спустя он был назначен членом ее правления. Он был избран членом Королевского общества в 1994 году и стал директором по термоядерному синтезу UKAEA в 1996 году. Робинсон, который был научным сотрудником Института физики, также принимал активное участие в проектировании Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). ^{[ 5 ]}

Робинсон умер от рака в хосписе Sobell House в Оксфорде. ^{[ 9 ]} У него остались жена Марион и дочь Никола.

Примечания

Различные источники, по-видимому, расходятся во мнениях относительно конкретных лет достижения Робинсона вех в образовании. The Sunday Times утверждает, что он окончил школу в 1962 году, то есть на тот момент ему был 21 год. Все источники, упоминающие об этом, сходятся во мнении, что он начал работать в Харвелле в 1965 году. Таким образом, характер его работы между 1962 и 1965 годами четко не указан ни в одном из доступных источников.

Можно предположить, что Пиз и большинство других предполагают, что в это время он защитил докторскую диссертацию под руководством Эдвардса, докторскую степень, которая включала эксперименты, проведенные на ZETA. Эдвардс был в Манчестере с 1958 по 1972 год. ^{[ 10 ]} что не помогает это зафиксировать.

Однако Шафранов утверждает, что Робинсон окончил Манчестер в 1965 году и сразу же поступил на работу в Харвелл. Значение слова «выпускник» неясно в контексте. Если это его докторская степень, сроки совпадают.

Профессор Робин Маршалл из FRS учился на том же курсе, что и Дерек Робинсон (запись 1959 года), и подтверждает, что и он, и Робинсон получили степень бакалавра наук в 1962 году и что университетские записи подтверждают это. И Маршалл, и Робинсон затем защитили докторскую диссертацию, зарегистрировавшись в Манчестерском университете, в одном случае добираясь до лаборатории Резерфорда Эпплтона на «открытой» стороне защитного ограждения (Маршалл), а в другом - на «безопасной» стороне ограждения. в самом Харвелле (Робинсон). В это время директором физических лабораторий в Манчестере был Брайан Хилтон Флауэрс, который возглавлял теоретический отдел в Харвелле с 1952 по 1958 год. Он легко устраивал подобные вещи. Сэм Эдвардс также работал на манчестерском факультете в период работы Робинсона над докторской диссертацией, которая, как и работа Маршалла, началась в 1962 году и завершилась в 1965 году присуждением ученой степени в Манчестере.

Ссылки

^ Коннор, Дж.; Виндзор, К. (2011). «Дерек Робинсон. 27 мая 1941 г. - 2 декабря 2002 г.». Биографические мемуары членов Королевского общества . 57 : 395–422. дои : 10.1098/rsbm.2011.0012 .
^ Бриско, Фрэнк (март 2004 г.). «Некролог: Дерек Чарльз Робинсон» . Физика сегодня . 57 (3): 98–99. дои : 10.1063/1.1712512 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Санди Таймс
^ Шафранов
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Пиз
^ Перейти обратно: ^а ^б Арну
^ Дуррани
^ "Презентация Джона Шеффилда" , OFE Germantown, 25 марта 1987 г.
↑ Мартин О'Брайен, «Скончался британский эксперт по термоядерному синтезу Дерек Робинсон» , Fusion Power Report , 1 января 2003 г.
^ «Человек для сложных проблем» , New Scientist , 22 ноября 1973 г., стр. 538-539

Библиография

«Дерек Робинсон: физик, посвятивший себя созданию безопасной формы энергии термоядерного синтеза», The Sunday Times , 11 декабря 2002 г.
Виталий Дмитриевич Шафранов, «Дерек Робинсон и исторический эксперимент в исследованиях магнитного синтеза», Физика плазмы , Том 29, номер 11 (2003), стр. 1070–1072 гг.
Робер Арну, «В Россию с термометром» , лента новостей iter, № 102 (9 октября 2009 г.)
Бас Пиз, «Дерек Робинсон, руководитель британских исследований в области ядерного синтеза» ^{[ мертвая ссылка ]}, The Independent , 9 декабря 2002 г.
Матин Дуррани, «Дерек Робинсон 1941-2002». Архивировано 28 ноября 2010 г. в Wayback Machine , Physics World , 4 декабря 2002 г.
«Дерек Робинсон» , Oxford Mail , 14 декабря 2002 г.

[1] Коннор, Дж.; Виндзор, К. (2011). «Дерек Робинсон. 27 мая 1941 г. - 2 декабря 2002 г.». Биографические мемуары членов Королевского общества . 57 : 395–422. дои : 10.1098/rsbm.2011.0012 .

[2] Бриско, Фрэнк (март 2004 г.). «Некролог: Дерек Чарльз Робинсон» . Физика сегодня . 57 (3): 98–99. дои : 10.1063/1.1712512 .

[Devoted-3] Перейти обратно: ^а ^б Санди Таймс

[Shafranov-4] Шафранов

[Pease-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Пиз

[Arnoux-6] Перейти обратно: ^а ^б Арну

[Durrani-7] Дуррани

[8] "Презентация Джона Шеффилда" , OFE Germantown, 25 марта 1987 г.

[9] Мартин О'Брайен, «Скончался британский эксперт по термоядерному синтезу Дерек Робинсон» , Fusion Power Report , 1 января 2003 г.

[10] «Человек для сложных проблем» , New Scientist , 22 ноября 1973 г., стр. 538-539

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]