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
2007-й вернули: почему ностальгия заняла такое прочное место в массовой культуре 2007-й вернули: почему ностальгия заняла такое прочное место в массовой культуре

Неужели раньше действительно было лучше? Почему мы ностальгируем?

Psychologies
Про напиток из цикория Про напиток из цикория

Есть время и место для кофе и есть время и место для цикория

Наука и жизнь
Ловушка «мягкой силы»: как стереотипы ограничивают женщин в карьере и бизнесе Ловушка «мягкой силы»: как стереотипы ограничивают женщин в карьере и бизнесе

Постоянная оглядка на «мягкую силу» только закрепляет гендерные стереотипы

Forbes
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Большинство курильщиков имеют проблемы с ментальным здоровьем. Почему? Большинство курильщиков имеют проблемы с ментальным здоровьем. Почему?

Как связано курение и ментальное состояние человека

Psychologies
Наталья Зубаревич: «Так, как крутится российский бизнес, ни один бизнес в мире крутиться не может» Наталья Зубаревич: «Так, как крутится российский бизнес, ни один бизнес в мире крутиться не может»

О демографии и перспективах российских регионов в условиях неопределенности

РБК
Пятая «Ариан» улетает в историю Пятая «Ариан» улетает в историю

5 июля с космодрома Куру состоялся пуск европейской ракеты-носителя Ariane-5ECA+

Наука и техника
Сердечные орешки! Сердечные орешки!

Как растут орешки кешью?

Наука и жизнь
Стать отцом и не утратить мужественность: как это сделать — интервью с психологом Стать отцом и не утратить мужественность: как это сделать — интервью с психологом

Плохо ли для отца быть чувствительным и эмпатичным?

Psychologies
Стиль улиц: как герои фильмов Гая Ричи балансируют между гардеробами бандита и джентльмена Стиль улиц: как герои фильмов Гая Ричи балансируют между гардеробами бандита и джентльмена

Как костюмы гангстеров из фильмов Гая Ричи дают фору костюмам Джеймса Бонда

Правила жизни
15 самых популярных телесериалов СССР 15 самых популярных телесериалов СССР

Сериалы из СССР: дешево, но порой весьма сердито!

Maxim
Родитель на дистанции: как мужчине не потерять связь с ребенком после развода Родитель на дистанции: как мужчине не потерять связь с ребенком после развода

Как после развода отцу поддерживать эмоциональную связь с ребенком?

Psychologies
Без вины виноватые: 8 фильмов, которые незаслуженно провалились в прокате Без вины виноватые: 8 фильмов, которые незаслуженно провалились в прокате

Знаковые фильмы, которые не были оценены зрителями

Правила жизни
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
Бусидо. Путь самурая Бусидо. Путь самурая

«Бусидо» — кодекс самураев XII века, который постоянно менялся вместе с эпохой

Зеркало Мира
Бесстыдное обаяние идеологии Бесстыдное обаяние идеологии

Как Никита Михалков превратил стереотипы в национальный эпос

Weekend
Аридизация как данность Аридизация как данность

Насколько опасна аридизация Центральной и Южной Европы?

Знание – сила
Дань независимости: как молодые музыканты строят сейчас карьеру в России Дань независимости: как молодые музыканты строят сейчас карьеру в России

Как молодые музыкантам удается выживать в новых, не самых благоприятных условиях

Forbes
Экстрасенс-убийца! Гадалка в Бразилии отравила клиентку, которой предсказала скорую смерть Экстрасенс-убийца! Гадалка в Бразилии отравила клиентку, которой предсказала скорую смерть

Хиромантия и шоколад: история одного жуткого убийства

ТехИнсайдер
Английский джентльмен и главный хулиган: фильмы Гая Ричи от худшего к лучшему Английский джентльмен и главный хулиган: фильмы Гая Ричи от худшего к лучшему

Непредвзятая оценка фильмографии британца Гая Ричи

Правила жизни
Зачем и как учить детей ждать: советы психологов Зачем и как учить детей ждать: советы психологов

Отрывок из книги «Научите ребенка думать»

СНОБ
Преступление, наказание и похмелье Преступление, наказание и похмелье

Из чего складывается петербургский миф современных российских сериалов

Weekend
Искусство преодоления препятствий Искусство преодоления препятствий

Быть может, паркур изобрели специально, чтобы вернуться «к корням»?

Зеркало Мира
От бунтарок до жертв насилия: как меняется образ девочек-подростков в российском кино От бунтарок до жертв насилия: как меняется образ девочек-подростков в российском кино

Как с архетипом девочек-подростков работает отечественная киноиндустрия

Правила жизни
Как я отказалась от кофе, завела дневник благодарностей и стала спокойнее Как я отказалась от кофе, завела дневник благодарностей и стала спокойнее

Как стать спокойнее, научившись ценить и видеть хорошее в своей жизни

Psychologies
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
Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый

Счастливы ли жаворонки? Или совы счастливее?

ТехИнсайдер
Найденный в поле Plymouth 1939 года выпуска, стал великолепным олдтаймером Найденный в поле Plymouth 1939 года выпуска, стал великолепным олдтаймером

Известно ли вам, что Plymouth производил пикапы?

4x4 Club
Искусство vs искусственный интеллект: как авторам выжить в эпоху Midjourney Искусство vs искусственный интеллект: как авторам выжить в эпоху Midjourney

Что важно знать об ИИ, если вы собираетесь строить с ним деловые отношения

Forbes
Открыть в приложении