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

От поражения до победы От поражения до победы

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

Дилетант
От Станиславского до Табакова: пять главных вех в 125-летней истории МХТ От Станиславского до Табакова: пять главных вех в 125-летней истории МХТ

Как складывалась история театра, где нашлось место и революции, и застою

Forbes
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
4 ошибки в мытье головы, из-за которых у тебя выпадает больше волос, чем должно 4 ошибки в мытье головы, из-за которых у тебя выпадает больше волос, чем должно

Как неправильное мытье головы может повлиять на ваши волосы?

VOICE
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

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

Наука и жизнь
«Обучение служением» | Service Learning «Обучение служением» | Service Learning

Мировой тренд «Обучение служением» приходит в Россию

Позитивные изменения
«Ведая пространство земель нашей империи…» «Ведая пространство земель нашей империи…»

Как Екатерина Великая решала проблемы демографии и освоения пустынных территорий

Знание – сила
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
Сахаров: портрет на фоне эпохи Сахаров: портрет на фоне эпохи

Что заставило академика Сахарова вступить в противостояние с политбюро и КГБ?

Дилетант
Честер Саутэм ввел здоровым людям раковые клетки. Рассказываем, что из этого получилось Честер Саутэм ввел здоровым людям раковые клетки. Рассказываем, что из этого получилось

Можно ли заразить человека раком?

ТехИнсайдер
Необычное решение! В Японии роботы-волки защищают людей от диких медведей Необычное решение! В Японии роботы-волки защищают людей от диких медведей

Дикие животные разбегаются в поисках укрытия при виде необычного зверя

ТехИнсайдер
Как во Франции десятилетиями строят замок Геделон, используя методы XIII века! Как во Франции десятилетиями строят замок Геделон, используя методы XIII века!

Примечательно здание строят по лекалам средневековья уже около 25 лет

ТехИнсайдер
Ментальная связь: что это такое и как ее разорвать. Советы психологов Ментальная связь: что это такое и как ее разорвать. Советы психологов

У ментальной связи вполне объяснимые признаки и причины

РБК
Андрей Кириленко — Forbes : «Спортивный характер в бизнесе может помешать» Андрей Кириленко — Forbes : «Спортивный характер в бизнесе может помешать»

Андрей Кириленко: можно ли российскому баскетболу не бояться изоляции

Forbes
Убийственное ретро Убийственное ретро

«Континенталь»: спин-офф «Джона Уика» с Мелом Гибсоном

Weekend
Холмы времени Холмы времени

Научная фантастика сродни сказке и стихотворению

Знание – сила
Вещи, с которыми ассоциируется исключительно СССР Вещи, с которыми ассоциируется исключительно СССР

Самые простые бытовые предметам, которые неотделимы от советского образа жизни

Maxim
Сергей Безбородов: «Продолжим строить бизнес по собственным правилам» Сергей Безбородов: «Продолжим строить бизнес по собственным правилам»

Сергей Безбородов вспоминает о рождении компании Qtec

РБК
Это свои Это свои

Как нобелевские лауреаты по медицине научили клетки не бояться мРНК-вакцин

N+1
Стричься не нужно: как отрастить длинные волосы после 50 лет и сохранить их красивыми Стричься не нужно: как отрастить длинные волосы после 50 лет и сохранить их красивыми

Как правильно после 50 лет ухаживать за длинными волосами?

VOICE
«Не хочу детей»: женщина рассказали о причинах, по которым решили не становиться матерями «Не хочу детей»: женщина рассказали о причинах, по которым решили не становиться матерями

Причины, по которым женщины решают не заводить детей

VOICE
«Мазохизм присущ нам априори». Почему людям нравятся истории про маньяков и как тру-крайм может повлиять на психику «Мазохизм присущ нам априори». Почему людям нравятся истории про маньяков и как тру-крайм может повлиять на психику

Как появился формат тру-крайм и почему людям так нравятся сюжеты про маньяков

СНОБ
5 экранизаций, чтобы пережить дождливую осень 5 экранизаций, чтобы пережить дождливую осень

Книжные экранизации для семейных вечеров

СНОБ
Невыносимо долго: почему фильмы стали такими длинными Невыносимо долго: почему фильмы стали такими длинными

Разбираемся, есть ли связь между длиной кино и его успехом

РБК
Гайдай сказал ему: «Обещаю, что если буду снимать «12 стульев», роль Воробьянинова получите вы» Гайдай сказал ему: «Обещаю, что если буду снимать «12 стульев», роль Воробьянинова получите вы»

Невестка Сергея Филиппова вспоминает о великом актере

Коллекция. Караван историй
В Египте раскопали нетронутые жреческие погребения с большим количеством заупокойной утвари В Египте раскопали нетронутые жреческие погребения с большим количеством заупокойной утвари

В Египте Найдены мумии в расписных саркофагах и тысячи ушебти

N+1
Семейные сценарии: 4 сферы жизни, которые могут пострадать из-за родителей Семейные сценарии: 4 сферы жизни, которые могут пострадать из-за родителей

Почему мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами во всех сферах жизни?

Psychologies
Неандертальцы убили пещерного льва деревянным копьем Неандертальцы убили пещерного льва деревянным копьем

Ученые исследовали останки пещерных львов, найденные в Германии

N+1
Что делать, если Wi-Fi плохо работает в отдельных местах квартиры Что делать, если Wi-Fi плохо работает в отдельных местах квартиры

Как избавиться от «мертвых зон» роутера?

CHIP
История в картинках: 10 лучших исторических сериалов за 10 лет История в картинках: 10 лучших исторических сериалов за 10 лет

Сериалы, в которых взгляд на историю достаточно глубок

Правила жизни
Открыть в приложении