Академик Григорий Денисов — чем занимаются физики в ИПФ РАН Нижнего Новгорода

Наука и жизньНаука

Зажечь плазму для термояда и сделать зеркало для рентгена

Академик Григорий Денисов, директор Института прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород). Беседу ведёт Наталия Лескова

Григорий Геннадьевич, само название Института прикладной физики подразумевает широкий спектр исследований, причём с выходом в практические применения. Чем здесь занимаются физики и какие направления в деятельности института вы считаете магистральными?

— Институт у нас большой, 1600 человек, и в нём несколько главных направлений, за которые отвечают научные отделения физики плазмы и электроники больших мощностей, нелинейной динамики и оптики, гидроакустики, геофизических исследований и другие. Многие из них берут начало из ключевых задач, которые ещё до образования института начали решать академик Андрей Викторович Гапонов-Грехов, наш первый директор, и его коллеги. С 21 февраля 2023 года институт носит имя Гапонова-Грехова, и мы считаем, что это крайне важно: когда новый человек приходит в институт, он не всегда знает историю, но имя в названии уже о многом говорит.

Одна из «визитных карточек» института — это, пожалуй, физика плазмы и электроника больших мощностей. Здесь у нас имеются удивительные генераторы — гиротроны, которые придумал Гапонов-Грехов. Вернее, он ещё в начале 1960-х годов показал, что вращающиеся электроны в магнитном поле можно заставить излучать синхронно, когерентно, с очень высокой эффективностью.

На этой основе созданы очень мощные генераторы, которые имеют частоту, промежуточную между используемой в оптической и традиционной сверхвысокочастотной (СВЧ) технике. Если у вас есть микроволновая печь, то длина волны там около 15 см. У лазеров длина волны порядка 1 микрона — одной десятитысячной сантиметра, а у гиротрона длина волны — миллиметр. С одной стороны, излучение гиротрона — это почти СВЧ, а с другой — пучок распространяется направленно, как оптический луч.

Академик Григорий Геннадьевич Денисов.

— И где они применяются?

— Для современных установок управляемого термоядерного синтеза — токамаков (это такой «бублик» с магнитным полем, тороидальная камера с магнитными катушками — так он и расшифровывается) требуются именно такие частоты. В них излучение гиротронов по нескольким каналам поступает в плазму и играет несколько ролей. Чтобы пошла термоядерная реакция, плазму надо нагреть до 100 млн градусов. Плазма в токамаке находится в сильном магнитном поле, там электроны крутятся с частотой, совпадающей с частотой этого излучения, и, поглощая его в резонансе, нагревают плазму. Важна также стабилизация неустойчивостей плазмы: плазма норовит то на стенку осесть, то ещё как-то ускользнуть. И оказывается, что только гиротроны позволяют локально подогревать плазму, управлять подавлением этих неустойчивостей. Ещё для устойчивости в токамаке нужен азимутальный ток, и его можно создать при определённом введении пучков гиротронного излучения в камеру. Появляются магнитные линии, которыми плазма и удерживается, устойчивость системы повышается. Ни один токамак мира сейчас не рассматривается без гиротронов.

Институт участвует в проекте ИТЭР (ITER, International Thermonucleart Experimental Reactor, Международный экспериментальный термоядерный реактор. — Прим. ред.). Это самый большой физический проект в мире. Оценка его стоимости — 25 млрд евро, и подозреваю, что сумма далеко не окончательная. По проекту сначала планировались системы нагрева из 24 гиротронов, каждый из которых даёт мегаватт непрерывного излучения, а сейчас рассматривается увеличение числа гиротронных систем до 40 или даже до 60.

Метод электронно-циклотронного нагрева оказался удачным подходом и успешно развивается. Причём гиротрон имеет очень высокий коэффициент полезного действия (КПД), у наших гиротронов 50—55%. Это достаточно много. Хотя не всё так просто. Если КПД 50%, то половина мощности электронного пучка идёт в излучение, половина — на коллектор, который нагревается. Так вот, коллектор охлаждается двадцатью литрами воды в секунду. Два ведра в секунду, иначе мегаватт с коллектора не убрать.

— В чём задача проекта ИТЭР?

— Удерживать плазму в токамаках уже умеют, но для протекания реакции необходимо выполнение так называемого критерия Лоусона, который содержит в себе, кроме температуры, время удержания и концентрацию плазмы. На некоторых установках его удалось выполнить, но не столь долго — буквально секунды. Цель международного проекта ИТЭР — продемонстрировать физическую возможность горения разряда 500—1000 секунд с КПД более 10. То есть на вложенную энергию должно производиться энергии в 10 раз больше. Подчёркиваю, КПД там 1000%, не как мы привыкли — 20—50%. ИТЭР не будет экспериментальной электростанцией, это физическая установка, цель которой — продемонстрировать большой КПД термоядерной реакции.

После ИТЭР предполагаются исследования концепции установки DEMO. Она будет прототипом электростанции — это установка, которая производит электроэнергию, не просто тепло. Тут уже мировое сообщество разделилось, и многие группы и страны выбрали свои пути, потому что ИТЭР — международный проект, но международная бюрократия тормозит процесс. Только представьте: Европа, США, Япония, Корея, Индия, КНР, Россия, Казахстан — как они могут договориться такой командой? Причём это делается во Франции, в Комиссариате по атомной энергии. Там такая бюрократия! Поэтому на DEMO многие страны выбрали свой путь.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
«Университет — это институт развития, который может стать драйвером территории» | “The University Is a Development Institution That Can Become a Driver for Territorial Development” «Университет — это институт развития, который может стать драйвером территории» | “The University Is a Development Institution That Can Become a Driver for Territorial Development”

В чем потенциал вузов и как университеты берут на себя роль институтов развития

Позитивные изменения
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

Как возник «лунный заговор» — главная теория фальсификации XX века

Вокруг света
Сохранить написанное Сохранить написанное

Что позволяет сохранить написанное для потомков?

Знание – сила
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Очумелые ручки: 5 быстрых и эффективных упражнений для лица, которые можно сделать за 10 минут Очумелые ручки: 5 быстрых и эффективных упражнений для лица, которые можно сделать за 10 минут

Как продлить молодость без инъекций всего за десять минут в день

Правила жизни
Эти странные аксионы Эти странные аксионы

Аксион — главный кандидат в частицы темной материи

Знание – сила
«Визуальный клей» «Визуальный клей»

Как направление чтения влияет на восприятие изображений

N+1
«Тётя Аврора» вылетела в три часа… «Тётя Аврора» вылетела в три часа…

Я как безумный метался и думал: мы или они? Мы или они?

Дилетант
Как говорить с детьми до 8 лет о сексе: рекомендации детского психолога Как говорить с детьми до 8 лет о сексе: рекомендации детского психолога

Как сделать половое просвещение частью повседневных обсуждений

Psychologies
ДНК из 30-тысячелетних зубов указала на потенциально древнейшее погребение маленькой девочки ДНК из 30-тысячелетних зубов указала на потенциально древнейшее погребение маленькой девочки

Ученые исследовали молочные зубы и подвески из пещеры Борсука

N+1
5 шагов, чтобы вернуть близость 5 шагов, чтобы вернуть близость

Как обрести второе дыхание и снова научиться радоваться друг другу?

Psychologies
Морщины, депрессия и еще 6 неожиданных последствий неправильного прикуса Морщины, депрессия и еще 6 неожиданных последствий неправильного прикуса

Неправильный прикус может привести не только к стоматологическим проблемам

VOICE
Маленькие взрослые: 4 типа парентификации и их последствия Маленькие взрослые: 4 типа парентификации и их последствия

В каких семьях возникает парентификация и как она влияет на нашу жизнь

Psychologies
CycloTech показала дизайн двухместного шестироторного цикложира CycloTech показала дизайн двухместного шестироторного цикложира

CycloTech показала дизайн двухместного шестироторного цикложира

N+1
Иногда они возвращаются Иногда они возвращаются

9 забытых трендов в интерьере, которые снова в моде

Лиза
Диета «Стол 4»: что это, при каких болезнях, рецепты на неделю Диета «Стол 4»: что это, при каких болезнях, рецепты на неделю

Что такое «Стол 4», какие продукты разрешены и чем можно заменить эту диету

РБК
«В начале было кофе». Что происходит с русским языком «В начале было кофе». Что происходит с русским языком

Филолог Светлана Гурьянова о живом русском языке

СНОБ
Вызывайте математика! Вызывайте математика!

Начинаем разбирать формулы из Quantum Break

N+1
Время ацтеков Время ацтеков

Что зашифровали ацтеки

Вокруг света
Эксперимент редакции: «Я месяц смотрю только феминистское порно» Эксперимент редакции: «Я месяц смотрю только феминистское порно»

Журналистка «Горящей избы» и автор Maximonline.ru — о фемоптике в порно

Psychologies
Правда о прививках Правда о прививках

Какие вакцины нам нужны

Лиза
Предания райских островов: какие легенды хранят Мальдивы Предания райских островов: какие легенды хранят Мальдивы

О мальдивских легендах и их влиянии на современную культуру острова

СНОБ
В храме Хнума в Эсне нашли рельефы астрономической тематики В храме Хнума в Эсне нашли рельефы астрономической тематики

Изображения и тексты римского времени скрывались под многовековым слоем копоти

N+1
Чужая девочка Чужая девочка

Возможно ли полюбить чужого ребенка как своего

СНОБ
Шесть охотников-собирателей из Сибири подхватили вирус гепатита B более 9600 лет назад Шесть охотников-собирателей из Сибири подхватили вирус гепатита B более 9600 лет назад

Ученые выявили вирус гепатита B у шести 9600-летних охотников-собирателей

N+1
Звездный диагноз: как рэпер Рен с болезнью Лайма взорвал британские чарты Звездный диагноз: как рэпер Рен с болезнью Лайма взорвал британские чарты

Как болезнь Лайма изменила жизнь Рена и сказалась на его творчестве

Forbes
«Я знал, что это станет вирусным»: кто такой MrBeast, как он взломал алгоритмы YouTube и откуда у него столько денег «Я знал, что это станет вирусным»: кто такой MrBeast, как он взломал алгоритмы YouTube и откуда у него столько денег

Почему MrBeast называют взломщиком алгоритмов YouTube?

Правила жизни
Кинотехника: на грани третьей весны Кинотехника: на грани третьей весны

Как начинался кинематограф и какие потрясения он пережил

Знание – сила
В 5000-летней гробнице одной из первых египетских правительниц нашли винный склад В 5000-летней гробнице одной из первых египетских правительниц нашли винный склад

Мернейт, или Мерит-Нейт жила около XXX века до нашей эры

N+1
Открыть в приложении