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

Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
«Мир стремительно меняется, и мы — вместе с ним» «Мир стремительно меняется, и мы — вместе с ним»

Опорный банк госкорпорации «Ростех» Новикомбанк отмечает 30-летний юбилей

Деньги
Гитлер. Поход во власть Гитлер. Поход во власть

Человек, создавший Третий рейх, был, несомненно, злым гением

Дилетант
Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй! Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй!

Фотографии и видео обломков битвы за Мидуэй

ТехИнсайдер
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Премия, которую не вспоминают Премия, которую не вспоминают

Как Юлиус Вагнер-Яурегг был признан за метод лечения прогрессивного паралича

Знание – сила
Ирина Калабихина: «Демографический взрыв уже у нас за спиной» Ирина Калабихина: «Демографический взрыв уже у нас за спиной»

Экономист Ирина Калабихина — что с нами будет дальше и хватит ли всем места?

РБК
Знак свыше. Кто придумал радиозонд Знак свыше. Кто придумал радиозонд

Благодаря этому человеку ученые научились определять, какой будет погода

СНОБ
«…И недоимку дарю» «…И недоимку дарю»

Последняя железная дорога еще достраивалась, а Савва Мамонтов уже сидел в тюрьме

Дилетант
Вагинокапитализм: что отличает инцелов от фемцелов и как ими становятся Вагинокапитализм: что отличает инцелов от фемцелов и как ими становятся

Как люди становятся инцелами и фемцелами?

Psychologies
Практические вопросы: Как сэкономить топливо? Практические вопросы: Как сэкономить топливо?

Что такое экономичное вождение?

4x4 Club
Какие наши зубы Какие наши зубы

Как работает антиэйдж для зубов и почему так важен правильный прикус?

Собака.ru
Как Анна Щетинина стала первой в мире женщиной — капитаном дальнего плавания Как Анна Щетинина стала первой в мире женщиной — капитаном дальнего плавания

Как уроженка Приморья Анна Щетинина проложила себе путь к капитанскому мостику

Forbes
Ореховский мир 1323 года Ореховский мир 1323 года

Ореховский мир в историческом контексте и исторической перспективе

Знание – сила
Почему нам кажется, что в комнате кто-то есть, когда в ней пусто Почему нам кажется, что в комнате кто-то есть, когда в ней пусто

Возникало ли у вас когда-нибудь ощущение, что в пустом доме с вами кто-то есть

ТехИнсайдер
Связь противоязвенных препаратов с деменцией подтвердили в крупном исследовании Связь противоязвенных препаратов с деменцией подтвердили в крупном исследовании

Длительный прием противоязвенных препаратов связан ст повышением риска деменции

N+1
Практические вопросы: Почему горит индикатор TPMS и как это исправить? Практические вопросы: Почему горит индикатор TPMS и как это исправить?

Что такое индикатор TPMS?

4x4 Club
Вопрос чистоты: как стирать утяжеленное одеяло Вопрос чистоты: как стирать утяжеленное одеяло

Как правильно стирать утяжеленное одеяло как вручную, так и в стиральной машине

ТехИнсайдер
Сублитосферные алмазы рассказали об источнике стабильности суперконтинента Гондвана Сублитосферные алмазы рассказали об источнике стабильности суперконтинента Гондвана

Суперконтинент сохранил целостность благодаря аккреции мантийного материала

N+1
Заразный рак двустворчатых моллюсков оказался генетически нестабилен Заразный рак двустворчатых моллюсков оказался генетически нестабилен

Эволюция и генетические характеристики рака двустворчатых моллюсков

N+1
Кино Кино

Как десктоп и веб-камера стали рабочими инструментами кинорежиссеров

Правила жизни
Не украл, а адаптировал: теорему Пифагора на самом деле придумал не сам Пифагор – это сделали за 1000 лет до него Не украл, а адаптировал: теорему Пифагора на самом деле придумал не сам Пифагор – это сделали за 1000 лет до него

Кто на самом деле придумал теорему Пифагора?

ТехИнсайдер
Магическое мышление: как оно заставляет нас покупать ненужное и верить, что мы можем менять реальность Магическое мышление: как оно заставляет нас покупать ненужное и верить, что мы можем менять реальность

Как работает магическое мышление и как не попасть в его ловушку?

VOICE
7 интересных сериалов, в которых на первый взгляд ничего не проиcходит 7 интересных сериалов, в которых на первый взгляд ничего не проиcходит

Почему от этих сериалах, которые топчутся на месте, мы не можем оторваться?

Maxim
Король драмы: что нужно знать о нобелевском лауреате по литературе Юне Фоссе Король драмы: что нужно знать о нобелевском лауреате по литературе Юне Фоссе

Юне Фоссе — что скрывается за фасадом белого богатого мужчины?

Правила жизни
Быстро – не значит без ошибок Быстро – не значит без ошибок

Человек разумный очень сильно отличается от других представителей животного мира

Знание – сила
Изменить будущее: что такое трансформационные игры Изменить будущее: что такое трансформационные игры

Что такое трансформационные игры и чем они могут помочь в достижении целей?

Psychologies
Самки лягушек притворяются мертвыми, чтобы избежать спаривания Самки лягушек притворяются мертвыми, чтобы избежать спаривания

Самки лягушек способны отбиваться от нежелательного мужского внимания

ТехИнсайдер
Театр между пропагандой Театр между пропагандой

На оккупированной территории России существовало несколько видов театров

Дилетант
Как выжить в век цифровой амнезии: 7 советов Как выжить в век цифровой амнезии: 7 советов

Что такое «эффект Google», чем он вреден и как с ним бороться?

Psychologies
Открыть в приложении