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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

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
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Оргазм: хочу или надо — 3 способа начать получать удовольствие от секса Оргазм: хочу или надо — 3 способа начать получать удовольствие от секса

Почему женщине бывает сложно достичь оргазма?

Psychologies
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Болезнь-загадка: причины и способы лечения эндометриоза Болезнь-загадка: причины и способы лечения эндометриоза

Что такое эндометриоз и почему его сложно не только предотвратить, но и выявить

Psychologies
Римские скрепы Римские скрепы

Через 12 лет после гибели Клеопатры Октавиан Август занялся семейными ценностями

Дилетант
Борзых и ребята Борзых и ребята

«Убить Риту»: Бандитский Петербург возвращается в новом амплуа

Собака.ru
15 фигурантов и их судьбы 15 фигурантов и их судьбы

Каждый из них оказался навеки проклят за преступления против человечности

Дилетант
Видно по глазам: как Хаби Лейм покорил TikTok и стал любимчиком мировых брендов Видно по глазам: как Хаби Лейм покорил TikTok и стал любимчиком мировых брендов

Всего за три года Хаби Лейм стал самым популярным тиктокером, не говоря ни слова

Forbes
Едят ли в Китае собак? Узнайте правду об этом популярном мифе! Едят ли в Китае собак? Узнайте правду об этом популярном мифе!

Что история говорит о том, едят ли в Китае собак

ТехИнсайдер
Тыква: польза и вред. Что приготовить из главного осеннего продукта? Тыква: польза и вред. Что приготовить из главного осеннего продукта?

Польза и вред тыквы, а так же способы её приготовления

Psychologies
Елена Аросьева: «Счастье – когда есть и большая семья, и любимая работа» Елена Аросьева: «Счастье – когда есть и большая семья, и любимая работа»

Героини Елены Аросьевой с первой секунды влюбляют в себя зрителей

Здоровье
«Как тебе не стыдно?!»: как избавиться от деструктивного чувства «Как тебе не стыдно?!»: как избавиться от деструктивного чувства

Почему чувство стыда часто проявляется деструктивно?

Psychologies
Как перестать критиковать близких: 3 шага Как перестать критиковать близких: 3 шага

Чтобы не ставить отношения под угрозу, важно не поддаться желанию критиковать

Psychologies
Брутальное чтиво: 5 книг о викингах Брутальное чтиво: 5 книг о викингах

Пять книг для тех, кто интересуется культурой средневековой Скандинавии

Maxim
Самарская Лука. «Вот такое в свете чудо»… Самарская Лука. «Вот такое в свете чудо»…

Самарская Лука, полная тайн и загадок, точно достойна того, чтобы здесь побывать

Зеркало Мира
Игорь Губарь: Лучше летом на «зиме», чем зимой на «лете» Игорь Губарь: Лучше летом на «зиме», чем зимой на «лете»

Когда менять летнюю резину на зимнюю, и на какую именно – с шипами или без

4x4 Club
Формы вкуса. Из каких бокалов пить российские автохтоны Формы вкуса. Из каких бокалов пить российские автохтоны

В каких бокалах раскроют вкус вина из автохтонных сортов российского винограда

СНОБ
Кого сильнее всего боятся животные в саванне Кого сильнее всего боятся животные в саванне

Зоологи выяснили, кого больше всего боятся животные

СНОБ
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
Расти большой! Расти большой!

Как реагировать на внезапное «мама, у меня болит» от подростка?

Лиза
Как победить в конфликте на работе: секретные методы бизнес-коуча Как победить в конфликте на работе: секретные методы бизнес-коуча

Как же победить в корпоративной войне — да и вообще в любом конфликте?

Psychologies
Как научиться водить машину с нуля на «механике» и «автомате». Инструкция Как научиться водить машину с нуля на «механике» и «автомате». Инструкция

Как научиться водить машину, что важно знать и как не бояться

РБК
Бразилия. Не жизнь, а золото Бразилия. Не жизнь, а золото

Золотая лихорадка: по какому сценарию она развивается и чем заканчивается

Зеркало Мира
Кино на пределе возможностей: 6 спортивных байопиков, которые нужно увидеть Кино на пределе возможностей: 6 спортивных байопиков, которые нужно увидеть

Впечатляющие фильмы про спортсменов, которые основаны на реальных событиях

Правила жизни
Место, время, человек: из чего складывается сибирский кинематограф Место, время, человек: из чего складывается сибирский кинематограф

Разбираемся в уникальности языка и формы современного сибирского кино

Правила жизни
Самопомощь при депрессии: 7 вредных советов, 2 полезные техники и 10 рекомендаций Самопомощь при депрессии: 7 вредных советов, 2 полезные техники и 10 рекомендаций

Что стоит делать во время обострения депрессии и чего следует избегать

Psychologies
Когда выбор становится невозможен: что такое FOBO — страх лучшего варианта Когда выбор становится невозможен: что такое FOBO — страх лучшего варианта

Что такое FOBO и как с ним жить?

VOICE
Цельный образ Цельный образ

Загородный дом с предметами коллекционного дизайна

SALON-Interior
Открыть в приложении