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
Акико Ёсано: поэтесса, которая смело говорила об ущемлении прав женщин в Японии Акико Ёсано: поэтесса, которая смело говорила об ущемлении прав женщин в Японии

Акико Ёсано хлестко высказывалась о невидимом труде женщин и материнстве

Forbes
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Норвежский минималист: за что Юн Фоссе получил Нобелевскую премию по литературе Норвежский минималист: за что Юн Фоссе получил Нобелевскую премию по литературе

Что такое «минимализм Фоссе»?

Forbes
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Тест только для настоящих эрудитов: попробуйте угадать писателя по его описанию природы Тест только для настоящих эрудитов: попробуйте угадать писателя по его описанию природы

Попробуйте угадать русского классика по словам и деталям в его тексте

ТехИнсайдер
Из грибов и с грибами Из грибов и с грибами

Заморозка, сушка, соление, маринование — всё о блюдах из грибов, дарах природы

Наука и жизнь
Записки зрелого врача: каким получился спектакль «Комната Адлера» с Олегом Меньшиковым Записки зрелого врача: каким получился спектакль «Комната Адлера» с Олегом Меньшиковым

Почему пропускать спектакль «Комната Адлера» не рекомендуется

Правила жизни
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Горные гориллы постарались не спариваться с родственниками Горные гориллы постарались не спариваться с родственниками

Обезьяны избегали спариваний с сородичами, с которыми вместе росли

N+1
Иммунитет Иммунитет

Роль иммунной системы

kiozk originals
Сохраняя традиции Сохраняя традиции

Петербургский неоклассицизм в авторской интерпретации

SALON-Interior
Как правильно спорить с мужчиной, чтобы победить Как правильно спорить с мужчиной, чтобы победить

Как стать победительницей в споре, используя особенности мужской психологии

VOICE
Практические вопросы: Как сэкономить топливо? Практические вопросы: Как сэкономить топливо?

Что такое экономичное вождение?

4x4 Club
Криминальное чтиво: 5 захватывающих книг о преступлениях и расследованиях Криминальное чтиво: 5 захватывающих книг о преступлениях и расследованиях

Книги, которые показывают все разнообразие современного детектива

ТехИнсайдер
«Визуальный клей» «Визуальный клей»

Как направление чтения влияет на восприятие изображений

N+1
«Время измениться в размерах» «Время измениться в размерах»

Корифеи медиабизнеса обсуждают будущее аналоговых и цифровых медиа

Правила жизни
Изобретая заговоры, или История главного злодея XVII века Изобретая заговоры, или История главного злодея XVII века

Титус Оутс входит в пятерку самых страшных английских злодеев тысячелетия

Знание – сила
Смотреть миру в лицо: кем была первая женщина-фотожурналист в Японии Смотреть миру в лицо: кем была первая женщина-фотожурналист в Японии

Как Сасамото Цунэко переизобрела себя и триумфально вернулась в фотожурналистику

Forbes
У жителя раннеславянского поселения определили идентичную с королем Белой III митохондриальную линию У жителя раннеславянского поселения определили идентичную с королем Белой III митохондриальную линию

Ученые выделили ДНК из останков, найденных в Курской области

N+1
Заплатить любой ценой: как вымогатели охотятся за семьями спортсменов Заплатить любой ценой: как вымогатели охотятся за семьями спортсменов

Истории атлетов, чьи семьи стали мишенью преступников

Forbes
Пространственная и временная координаты поменялись местами в квантовом вычислителе Google Пространственная и временная координаты поменялись местами в квантовом вычислителе Google

Ученые из Google предложили новый способ создания квантовых схем

N+1
Секреты правильного использования кредитных карт Секреты правильного использования кредитных карт

Кредитки давно вошли обиход, вот только пользоваться ими умеют далеко не все

Наука и техника
Путь героя: что нужно знать о создателе «Рика и Морти» Дэне Хармоне Путь героя: что нужно знать о создателе «Рика и Морти» Дэне Хармоне

Кинокритик рассказывает об одном из самых успешных шоураннеров современности

Правила жизни
Древний Рим живее всех живых: еще 11 способов подумать о Римской империи Древний Рим живее всех живых: еще 11 способов подумать о Римской империи

Что изучить, когда кажется, что Древний Рим обдуман вдоль и поперек?

Maxim
Как быстро удалить старые обои со стен: сохраните себе нервы во время ремонта Как быстро удалить старые обои со стен: сохраните себе нервы во время ремонта

Есть ли способ быстро убрать обои со стен без остатков бумаги и следов клея

ТехИнсайдер
Зоологи описали мумии листоухих хомячков с высоты более 6000 метров Зоологи описали мумии листоухих хомячков с высоты более 6000 метров

Популяция листоухих хомячков существует на высоте более 6000 метров много лет

N+1
«Друг Отто» «Друг Отто»

«Русский вопрос» с точки зрения Бисмарка

Дилетант
Классовые разногласия Классовые разногласия

Чем опасны моторы класса Евро-0 и долго ли их еще будут выпускать в России?

РБК
Театр между пропагандой Театр между пропагандой

На оккупированной территории России существовало несколько видов театров

Дилетант
Открыть в приложении