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
Хлебное дело с добавленной стоимостью Хлебное дело с добавленной стоимостью

Хлебобулочный холдинг «Коломенский» стал лидером рынка благодаря стратегии

Эксперт
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Новый дом в Солнечной системе Новый дом в Солнечной системе

Можно ли преобразовать иные планеты так, чтобы на них жили люди?

Зеркало Мира
От поражения до победы От поражения до победы

Йом-кипур в Израиле отмечают практически все, даже не очень верующие люди

Дилетант
Смотримся в черное зеркало — 2: как развиваются отношения моды и искусственного интеллекта Смотримся в черное зеркало — 2: как развиваются отношения моды и искусственного интеллекта

Как трансформируется взаимодействие модной индустрии с искусственным интеллектом

Правила жизни
Информационная война Информационная война

В Древнем Риме борьба пропагандистов была не менее напряженной, чем сейчас

Дилетант
Почему так плохо, когда все хорошо Почему так плохо, когда все хорошо

Откуда приходит кризис среднего возраста и как не дать ему обрушить все

Men Today
Настоящий имперец Настоящий имперец

Ни один другой немецкий политик не был использован так сильно, как Бисмарк

Дилетант
Сгруппируйтесь: все об аварийной посадке самолета и эвакуации пассажиров Сгруппируйтесь: все об аварийной посадке самолета и эвакуации пассажиров

Как пассажирам самолета правильно съехать по надувным трапам при эвакуации

ТехИнсайдер
История неудач: смогут ли российские аналоги заменить YouTube История неудач: смогут ли российские аналоги заменить YouTube

Смогут ли российские аналоги конкурировать с западными видеоплатформами?

Forbes
«Мальчик, водочки нам принеси». Любимые сцены Алексея Балабанова из его собственных фильмов «Мальчик, водочки нам принеси». Любимые сцены Алексея Балабанова из его собственных фильмов

Какие сцены из своих фильмов Алексей Балабанов любил больше всего

СНОБ
Работа не ответит вам взаимностью: как айтишников приучают любить монотонный труд Работа не ответит вам взаимностью: как айтишников приучают любить монотонный труд

Глава из книги «Дорогие коллеги. Как любимая работа портит нам жизнь»

Forbes
Как адекватно оценивать свои услуги и не бояться называть цену: 5 советов Как адекватно оценивать свои услуги и не бояться называть цену: 5 советов

По каким критериям стоит назначать себе как специалисту цену?

Psychologies
Бангкок. О, это счастливый город! Бангкок. О, это счастливый город!

«Город – вечное сокровище» – это древнее название тайской столицы

Зеркало Мира
Илон Маск: «С помощью Cybertruck мы вырыли себе могилу» Илон Маск: «С помощью Cybertruck мы вырыли себе могилу»

Илон Маск — создавать такой автомобиль как Cybertruck крайне сложно

4x4 Club
Женщина-феномен Женщина-феномен

Елена Блаватская — одна из самых противоречивых и притягательных фигур XIX века

Зеркало Мира
Птичий грипп добрался до Субантарктики Птичий грипп добрался до Субантарктики

Смертельный вирус обнаружили на архипелаге Южная Георгия

N+1
Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый

Счастливы ли жаворонки? Или совы счастливее?

ТехИнсайдер
Лицом к салату: 6 способов обезвредить продукты, которые притворяются диетическими Лицом к салату: 6 способов обезвредить продукты, которые притворяются диетическими

Ингредиенты для салатов, которые не такие диетические, как кажутся

VOICE
Пятая «Ариан» улетает в историю Пятая «Ариан» улетает в историю

5 июля с космодрома Куру состоялся пуск европейской ракеты-носителя Ariane-5ECA+

Наука и техника
Двухголовая собака на электромоторе. Кто придумал искусственное сердце Двухголовая собака на электромоторе. Кто придумал искусственное сердце

Как Владимир Демихову удалось пересадить искусственное сердце

СНОБ
Практические вопросы: Автомобильный кондиционер зимой Практические вопросы: Автомобильный кондиционер зимой

Нужно ли включать кондиционер зимой?

4x4 Club
Маньяки в жизни и в кино: почему нас завораживают образы серийных убийц Маньяки в жизни и в кино: почему нас завораживают образы серийных убийц

Когда и почему медиа стали одержимы маньяками

Правила жизни
Как женщины-операторы борются со стереотипами о «мужской профессии» Как женщины-операторы борются со стереотипами о «мужской профессии»

Женщины-операторы: как они выбрали путь и с какими препятствиями сталкиваются

Forbes
Опыт освоения: как Россия построила город в Китае и почему он перестал быть русским Опыт освоения: как Россия построила город в Китае и почему он перестал быть русским

Как Россия оставила в истории яркий след мирного освоения новых территорий

Forbes
Как сделать седые волосы мягкими и блестящими: вот что используют бьюти-эксперты Как сделать седые волосы мягкими и блестящими: вот что используют бьюти-эксперты

Как поддержать красоту и здоровье седых волос?

VOICE
Для чего нужна умная розетка — 8 полезных сценариев Для чего нужна умная розетка — 8 полезных сценариев

Думаете, с помощью умной розетки можно только включать и выключать светильники?

CHIP
8 способов снять стресс на рабочем месте 8 способов снять стресс на рабочем месте

Тренер по развитию мозга рассказывает, как снять стресс, находясь на работе

Psychologies
Как избавиться от вредных привычек: 5 советов нейропсихолога Как избавиться от вредных привычек: 5 советов нейропсихолога

Используем лайфхаки от нейропсихолога, позволяющие «договориться» с мозгом

Psychologies
Открыть в приложении