ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2009, том 35, № 12, с. 1150-1152
К 80-ЛЕТИЮ ВИТАЛИЯ ДМИТРИЕВИЧА ШАФРАНОВА
1 декабря 2009 г. исполнилось 80 лет замечательному физику, одному из самых авторитетных ученых в области теоретической физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, академику РАН Виталию Дмитриевичу Шафранову.
В.Д. Шафранов родился в селе Мордвиново Ухо-ловского района Рязанской области; в 1930-е годы семья переехала в село Чашниково Московской области. Школьные годы Виталия Дмитриевича пришлись на тяжёлое военное время: в 1941—1942 учебном году школьных занятий не было, и шестой класс Виталий закончил лишь в 1943 г. В 1944— 1945 учебном году Виталий опять не посещал школу, работал укладчиком асфальта на катке, но, тем не менее, самостоятельно прошёл школьный курс за восьмой и девятый классы. В 1946 г. после окончания десятилетки он поступил на физический факультет МГУ, который окончил в 1951 году. В 1952 г. В.Д. Шафранов был направлен на работу в Лабораторию измерительных приборов Академии наук, сокращённо ЛИПАН, как тогда назывался Курчатовский институт, в теоретический сектор академика М.А. Леонтовича. Через некоторое "карантинное" время он узнал, что его работа будет связана с проблемой управляемого термоядерного синтеза (УТС).
Виталий Дмитриевич сразу включился в исследования по удержанию плазмы магнитным полем, направленные на разработку магнитного термоядерного реактора. Именно в это время начинался золотой период для физики высокотем-
пературной плазмы, когда закладывался фундамент новой науки. М.А. Леонтовичу удалось собрать в своем секторе уникальный коллектив молодых теоретиков, достижения которых теперь хорошо известны и признаны во всем мире. В этом коллективе природные способности В.Д. Шафранова очень быстро раскрылись во всей полноте. Уже в том же 1952 г. он совместно с М.А. Леонтовичем выполняет свою первую научную работу "Об устойчивости гибкого провода в продольном магнитном поле", во многом заложившую основу последующих работ по устойчивости плазмы с током в магнитном поле. Через несколько лет сделанный им в Венеции на 4-й Международной конференции по ионизационным явлениям в газах доклад и опубликованная в том же 1957 году в ЖЭТФ статья "О равновесных маг-нитогидродинамических конфигурациях" принесли ему мировую известность. Выведенное В.Д. Шафрановым простое и изящное уравнение осесимметричного равновесия плазмы с током в магнитном поле оказалось не только чрезвычайно важным для всех последующих плазменных исследований на токамаках и на других симметричных лабораторных установках. Весьма плодотворным оказался и использованный для его получения метод введения потоковой функции, послуживший основой последующего построения теории потоковых координат для описания сложных магнитных конфигураций. Само уравнение оказалось довольно любопытным и с математической точки зрения: простота формы в сочетании с нелинейностью и допустимостью различных граничных условий обеспечивают нетривиальность и богатство решений, что поддерживает к нему неизменный устойчивый интерес математиков. Дополненное различными эффектами оно с успехом применяется в астрофизике, гидродинамике, метеорологии, радиофизике и др. О фундаментальности
этого уравнения, которое стали называть уравнени-
*
ем Грэда—Шафранова , можно судить по тому, что оно вошло в "библию теоретической физики" — курс Ландау—Лифшица (Л.Д. Ландау, Е.М. Лиф-шиц, "Теоретическая физика", т. 8 — Электродинамика сплошных сред, 1982, с. 324—326).
В работах Виталия Дмитриевича второй половины 1950-х годов отчётливо формируется характерный шафрановский стиль, сочетающий глуби* Работа Г. Грэда, в которой независимо было получено аналогичное уравнение, относится к 1958 г.
ну физического подхода, выбор адекватного математического аппарата, изящную простоту решения сложных задач и — что особенно важно для экспериментаторов — определённость выводов. Примерами могут служить вывод о невозможности существования ограниченной в пространстве равновесной плазменной конфигурации без внешних источников магнитного поля, полученный на основе использования теоремы вириала, наглядное выражение для величины смещения центра магнитной поверхности по отношению к магнитной оси токамака (смещение Шафранова), знаменитое условие q > 1, получившее название критерия Крускала—Шафранова, выполнение которого необходимо для обеспечения устойчивости плазменного шнура с током в магнитном поле. Все эти работы носили пионерский характер.
Неудивительно, что уже в 1958 году при защите кандидатской диссертации Виталию Дмитриевичу была сразу присуждена ученая степень доктора физико-математических наук.
В последующие годы работы Виталия Дмитриевича стали тем базисом, на котором основываются все теоретические построения в физике магнитного удержания высокотемпературной плазмы. Вот далеко не полный перечень теоретических достижений, на которых по праву может стоять знак качества "Сделано Шафрановым":
теория равновесия плазмы в осесимметричных магнитных конфигурациях,
теория устойчивости токового плазменного шнура в магнитном поле,
теория электромагнитных волн в замагничен-ной плазме,
общая теория равновесия плазмы в тороидальных магнитных системах, эволюция равновесия, общая теория желобковой и баллонной неустойчивости плазмы в тороидальной геометрии, инновационные системы магнитного удержания плазмы (ловушки с нулевым вращательным преобразованием, токамаки некруглого сечения, система дракон, оптимизированные стелларатор-ные системы).
На последних стоит остановиться особо, поскольку именно стеллараторные системы привлекают внимание В.Д. Шафранова в последние годы. Этот интерес имеет давнюю историю. Когда вскоре после Женевской конференции 1958 г. И.В. Курчатов попросил Шафранова разобраться в том, что же представляют из себя стеллараторы, активно обсуждавшиеся на этой конференции по инициативе американцев, Виталий Дмитриевич разработал новую формулировку уравнений равновесия, предложил способ описания, позволяющий решать магнитное дифференциальное уравнение для случая многих резонансов. Именно благодаря Шафранову в Курчатовском институте
продолжала развиваться теория трехмерных систем. В 1980 г. В.М. Глаголев, Б.Б. Кадомцев, Б.А. Трубников и В.Д. Шафранов предложили концепцию дракона — ловушки, магнитная конфигурация которой была "функционально ориентирована", т.е. нацелена на решение определённой физической задачи (в данном случае — на введение в систему длинных прямых секций, весьма удобных для реактора, и на необходимое для этого замыкание вторичных токов внутри криволинейных элементов ловушки).
В.Д. Шафранов первым в нашей стране осознал возможности квазисимметрии для стеллара-торных конфигураций. Он сформулировал условие квазисимметрии в инвариантном виде, предложил концепцию псевдосимметрии как необходимого шага к кардинальному улучшению свойств стеллараторов. В.Д. Шафранов сумел организовать международное сотрудничество по оптимизации стеллараторов с немецкими и щвейцарскими физиками, которое продолжается до сих пор. Полученные расчётно-теоретические результаты показывают, что в оптимизированных стеллараторах можно одновременно достичь высокого давления плазмы, обеспечить её устойчивое удержание при низком уровне неоклассических процессов переноса, бутстрэп-тока и хорошем длительном удержании быстрых частиц — продуктов реакции синтеза. Иными словами, стелларатор, как и предполагалось в самом начале его изобретателем Л. Спитцером, может быть стационарной ловушкой для удержания бестоковой плазмы, причем (что не предполагалось Л. Спитцером), с относительно высоким давлением плазмы.
В.Д. Шафранов — признанный лидер российской научной школы в области теории магнитного удержания плазмы. С 1981 г. вплоть до последнего времени он возглавлял Отдел теории плазмы Института ядерного синтеза РНЦ "Курчатовский институт", один из ведущих в нашей стране коллективов физиков-теоретиков. В 1981 году он был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1997 г. — действительным членом РАН. Научные заслуги В.Д. Шафранова отмечены высокими наградами в нашей стране и за рубежом: он лауреат Государственной (1971 г.) и Ленинской (1984 г.) премий СССР, в 2001 г. ему первому среди российских физиков была вручена Альфвеновская премия и золотая медаль Европейского физического общества — за теоретические исследования равновесия и устойчивости плазмы, внесшие выдающийся вклад в физику тороидальной плазмы в магнитном поле. В том же году он был удостоен диплома Японского общества содействия науке (JSPS) — в знак международно-признанных научных достижений.
Огромную роль в установлении авторитета нашей плазмофизической науки сыграла деятель-
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ том 35 № 12 2009
ность В.Д. Шафранова по руководству научными изданиями. Возглавив после кончины М.С. Рабиновича редколлегию "Физики плазмы", Виталий Дмитриевич приложил немало усилий к тому, чтобы этот журнал занял равноправное место среди ведущих мировых плазменных журналов. С 1980 г. В.Д. Шафранов — редактор серии "Физика плазмы. Итоги науки и техники", с 1999 г. — главный редактор сборников "Reviews of Plasma Physics", продолжающих — увы, теперь лишь в английской версии — великолепную серию книг "Вопросы теории плазмы". С 1999 года он входит в состав редколлегии УФН.
Виталий Дмитриевич — очень скромный и непритязательный человек, с ним легко и приятно общаться. Свойственные ему глубина суждений и точность оценок не подавляют, а привлекают людей, заставляют задумываться. Он признанный гарант объективности и справедливости, поэтому его мнение всегда высоко ценят коллеги.
Меньше всего Виталий Дмитриевич соответствует каноническому образу рафинированного теоретика-схоласта, полностью оторванного от реальности. Обладая ярко выраженной изобретательской жилкой, он самостоятельно воплощает в жизнь свои технические "придумки" — дома, на садовом участке и пр. Он отнюдь не равнодушен к политическим процессам, происходящим в стра-
не — его гражданская позиция всегда определённа и достойна всяческого уважения. Весьма любопытен его взгляд на период становления советского строя
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.