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
Конец близок: 3 фантастические книги о глобальных катаклизмах и борьбе человечества за выживание Конец близок: 3 фантастические книги о глобальных катаклизмах и борьбе человечества за выживание

Три книги о возможных сценариях гибели человечества

ТехИнсайдер
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Секреты стирки Секреты стирки

Хочешь доставать из машинки идеально чистое белье?

Лиза
Семинарист, журналист, революционер Семинарист, журналист, революционер

У Булгакова Петлюра предстаёт персонажем мистическим, почти Антихристом

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
Грозит ли насекомым вымирание? Грозит ли насекомым вымирание?

С насекомыми в Европе не всё благополучно, и вот почему

Наука и жизнь
Убийственное ретро Убийственное ретро

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

Weekend
«Каждый несчастлив по-своему» «Каждый несчастлив по-своему»

Что говорят эксперты о неминуемости рецессии

РБК
Тренировка табата: комплекс упражнений с фото и видео Тренировка табата: комплекс упражнений с фото и видео

Какие упражнения предлагает табата и почему этот комплекс подходит не всем

РБК
5 принципов создания «умных» городов, переживших глобальный бум ESG 5 принципов создания «умных» городов, переживших глобальный бум ESG

Самые удачные принципы, которые помогают сделать городскую среду устойчивее

РБК
За счет чего постройки древних римлян и майя не разваливаются: простое объяснение! За счет чего постройки древних римлян и майя не разваливаются: простое объяснение!

Почему сооружения наших предков стоят тысячи лет?

ТехИнсайдер
Невербальная коммуникация между мужчиной и женщиной: признаки симпатии Невербальная коммуникация между мужчиной и женщиной: признаки симпатии

Какие подводные камни существуют у невербальной коммуникации между людьми?

Psychologies
Клуб 5 часов утра: зачем люди встают на рассвете и как присоединиться к этому тренду Клуб 5 часов утра: зачем люди встают на рассвете и как присоединиться к этому тренду

Есть ли смысл вставать в пять часов утра?

Psychologies
Турбозапуски и премиумизация: как меняются массмаркет и миддл-бренды Турбозапуски и премиумизация: как меняются массмаркет и миддл-бренды

Российские бренды сегментов массмаркет и миддл меняются на глазах

РБК
Павел Пепперштейн — о любви к роману Достоевского «Бесы»; о том, каково быть литературным персонажем, и о связи между чтением и мастурбацией Павел Пепперштейн — о любви к роману Достоевского «Бесы»; о том, каково быть литературным персонажем, и о связи между чтением и мастурбацией

Пепперштейн рассказывает о важных для себя книгах — прочитанных, недочитанных

Правила жизни
Philosofiya для начинающих Philosofiya для начинающих

Стилист-явление София Philosofiya Бурнашева врывается в фэшн-чат

Собака.ru
Общественный и зеленый Общественный и зеленый

Как тренд на экологичность скажется на развитии транспорта

РБК
Весь мир потрясло произошедшее в Турции в феврале месяце сильнейшее за 80 лет землетрясение Весь мир потрясло произошедшее в Турции в феврале месяце сильнейшее за 80 лет землетрясение

Могло ли землетрясение 2023 года в Турции быть искусственным?

Зеркало Мира
Справляемся с тревогой в домашних условиях: 6 вопросов автору техники «экспрессивное письмо» Справляемся с тревогой в домашних условиях: 6 вопросов автору техники «экспрессивное письмо»

Как, не обращаясь к психологу, справиться с чувством беспокойства?

Psychologies
Наталья Логинова: «Главным драйвером зеленых инициатив пока остаются лишь репутационные факторы» Наталья Логинова: «Главным драйвером зеленых инициатив пока остаются лишь репутационные факторы»

В каких условиях развивается сегодня зеленый финансовый рынок?

РБК
Руперт Мёрдок Руперт Мёрдок

Правила жизни миллиардера и медиамагната Руперта Мёрдока

Правила жизни
Как извержение вулканов влияет на атмосферу Как извержение вулканов влияет на атмосферу

Как извержение вулканов меняет состояние земной атмосферы и климат

СНОБ
Больше пены Больше пены

Что такое пена с точки зрения химии?

Наука и жизнь
Секрет исполинов: почему космические ракеты такие большие Секрет исполинов: почему космические ракеты такие большие

Почему сами ракеты такие большие, если выводимый ими груз такой маленький?

ТехИнсайдер
Как бросить всё и сменить профессию Как бросить всё и сменить профессию

Сегодня возможность сменить профессию есть практически у каждого

Psychologies
Извержения Деканских траппов принесли динозаврам серию вулканических зим перед ударом астероида Извержения Деканских траппов принесли динозаврам серию вулканических зим перед ударом астероида

Короткие похолодания выдали себя колебаниями концентрации серы в лаве

N+1
Что такое упражнения Кегеля и как их правильно выполнять Что такое упражнения Кегеля и как их правильно выполнять

Кому стоит выполнять упражнения Кегеля и как делать это правильно

РБК
Как главы КНДР превратились в полубогов и станет ли женщина новым великим лидером Как главы КНДР превратились в полубогов и станет ли женщина новым великим лидером

Какими мифами обросла история династии Ким

Forbes
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
Открыть в приложении