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

Гитлер. Поход во власть Гитлер. Поход во власть

Человек, создавший Третий рейх, был, несомненно, злым гением

Дилетант
Многоженство и бытовое насилие: против чего выступают феминистки Узбекистана Многоженство и бытовое насилие: против чего выступают феминистки Узбекистана

Феминистки Узбекистана о защите женских прав и силе консервативных традиций

Forbes
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

Как возник «лунный заговор» — главная теория фальсификации XX века

Вокруг света
С чем это связано С чем это связано

Скромный трикотажный свитер не теряет популярности

Robb Report
От «мира любой ценой» до мировой войны От «мира любой ценой» до мировой войны

Мюнхенский договор 1938 года оказался безуспешной попыткой предотвратить войну

Дилетант
Больше чем развлечение: почему с ребенком нужно играть как можно чаще Больше чем развлечение: почему с ребенком нужно играть как можно чаще

Как игра влияет на детское развитие?

Psychologies
Энергия на длинную дистанцию Энергия на длинную дистанцию

Сможет ли управляемый термоядерный синтез заменить углеводородное топливо

Наука и жизнь
Узнай лжеца по выражению лица Узнай лжеца по выражению лица

Физиогномика: метод определения личности человека или лженаука?

Зеркало Мира
Отказаться от лишнего и стать счастливее: от чего нам всем пора избавиться? Отказаться от лишнего и стать счастливее: от чего нам всем пора избавиться?

14 вещей в жизни, от которых давно пора избавиться

Psychologies
«Глупо ждать конца глупости» «Глупо ждать конца глупости»

Борис Пастернак об отношениях с историей

Weekend
Карьера без барьеров Карьера без барьеров

Как цифровые гаджеты и ассистивные технологии дают работу людям с инвалидностью

РБК
Исследование: 67% работодателей проверяют личные аккаунты соискателей в соцсетях Исследование: 67% работодателей проверяют личные аккаунты соискателей в соцсетях

Как активность в соцсетях влияет на процесс трудоустройства

Inc.
Грани креатива. Как бренды создают коллаборации и продумывают маркетинговые стратегии Грани креатива. Как бренды создают коллаборации и продумывают маркетинговые стратегии

Как работают корпоративные бренд-интеграции?

СНОБ
Как сделать седые волосы мягкими и блестящими: вот что используют бьюти-эксперты Как сделать седые волосы мягкими и блестящими: вот что используют бьюти-эксперты

Как поддержать красоту и здоровье седых волос?

VOICE
Как сделать самый стильный YouTube-канал? История проекта «На шуме» Как сделать самый стильный YouTube-канал? История проекта «На шуме»

Что такое «На шуме», почему их стоит смотреть, и чего от них ждать

Правила жизни
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
Робот-маммолог ощупает грудь в поисках уплотнений Робот-маммолог ощупает грудь в поисках уплотнений

Робот-маммолог поможет в ранней диагностике рака груди

N+1
Как москвич трижды запускал обучающий сервис для детей и продал его «Яндексу» Как москвич трижды запускал обучающий сервис для детей и продал его «Яндексу»

Как создавалась «Сказбука» и зачем «Яндекс» её выкупил?

Forbes
5 мифов про безалкогольное пиво 5 мифов про безалкогольное пиво

Порошок, калории и спорт: самые распространенные мифы о безалкогольном пиве

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
День обратился в ночь День обратился в ночь

Затмения часто влияли на ход истории всего человечества

Вокруг света
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
Самые возрастные спортсмены в истории: Хоу играл в НХЛ в 52, на ринг выходили в 59 Самые возрастные спортсмены в истории: Хоу играл в НХЛ в 52, на ринг выходили в 59

Самые старые профессиональные атлеты из разных видов спорта

Forbes
От науки к плите От науки к плите

«Уроки химии»: слишком традиционный феминистский сериал

Weekend
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
Артём Ачкасов: О тюнинге, который не нужен Артём Ачкасов: О тюнинге, который не нужен

Тюнинг — это не всегда рациональное и продуманное решение

4x4 Club
Лучшие друзья девушек и прагматиков: почему стоит инвестировать в драгоценные камни Лучшие друзья девушек и прагматиков: почему стоит инвестировать в драгоценные камни

Возможности и тенденции альтернативных инвестиций

Forbes
Импульс укорачивать Импульс укорачивать

Почему нобелевские лауреаты по физике стремились к аттосекундам

N+1
«Продавцы боли»: Эмили Блант и Крис Эванс в новом фильме про опиоидный кризис в США «Продавцы боли»: Эмили Блант и Крис Эванс в новом фильме про опиоидный кризис в США

«Продавцы боли» — амбициозный проект, который сам действует подобно антибиотиук

Forbes
Со скоростью звука Со скоростью звука

Как новая форма знакомого контента может вызвать взрывной рост аудитории

Правила жизни
Открыть в приложении