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
Хинди руси бхай бхай Хинди руси бхай бхай

«Отпуск в октябре»: мистическое приключение в поисках алхимической сути кино

Weekend
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
Преступление, наказание и похмелье Преступление, наказание и похмелье

Из чего складывается петербургский миф современных российских сериалов

Weekend
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
«Певица», «авторка», «фруктиса»: что лингвисты думают о феминитивах «Певица», «авторка», «фруктиса»: что лингвисты думают о феминитивах

Отрывок из книги «В начале было кофе» — о спорных аспектах русского языка

Forbes
Идти навстречу светилу! Идти навстречу светилу!

История института солнечно-земной физики уходит корнями в докосмическую эру

Наука и жизнь
Вызывайте математика! Вызывайте математика!

Начинаем разбирать формулы из Quantum Break

N+1
А был ли путч? А был ли путч?

Как популярный военный предотвратил заговор, которого, возможно, не было

Дилетант
Бесстыдное обаяние идеологии Бесстыдное обаяние идеологии

Как Никита Михалков превратил стереотипы в национальный эпос

Weekend
История неудач: смогут ли российские аналоги заменить YouTube История неудач: смогут ли российские аналоги заменить YouTube

Смогут ли российские аналоги конкурировать с западными видеоплатформами?

Forbes
В 5000-летней гробнице одной из первых египетских правительниц нашли винный склад В 5000-летней гробнице одной из первых египетских правительниц нашли винный склад

Мернейт, или Мерит-Нейт жила около XXX века до нашей эры

N+1
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
«Игры в бисер»: глава из книги Александра Гениса «Игры в бисер»: глава из книги Александра Гениса

Отрывок из сборника эссе, который по-новому откроет любимых авторов

СНОБ
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
Что такое торрент, и как он работает: просто о сложном Что такое торрент, и как он работает: просто о сложном

Торренты, сиды, пиры, личи, пиринговые сети — что скрывается за этими словами?

CHIP
«Падение дома Ашеров»: экранизация Эдгара По с лужами крови и критикой власть имущих «Падение дома Ашеров»: экранизация Эдгара По с лужами крови и критикой власть имущих

О по-своему пугающем и затянувшемся путешествии в мир бездушных «хозяев жизни»

Forbes
Мари Краймбрери в Youtube-шоу «Есть вопросики»: «У меня потребности в сексе нет, если я не влюблена». Мари Краймбрери в Youtube-шоу «Есть вопросики»: «У меня потребности в сексе нет, если я не влюблена».

Мари Краймбрери — о сексе, мужчинах, деньгах и страхе перед выходом на сцену

Maxim
«Природа женщины — плодиться»: чем недовольны россияне, которые обратились к психологам «Природа женщины — плодиться»: чем недовольны россияне, которые обратились к психологам

Как найти этичного специалиста и выстроить с ним безопасную коммуникацию

Psychologies
Расти большой! Расти большой!

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

Лиза
Катрин Денев. Третий акт Катрин Денев. Третий акт

Личная жизнь и карьера звезды французского кинематографа Катрин Денев

СНОБ
8 психологических трюков в ресторанных меню 8 психологических трюков в ресторанных меню

Как заведения стараются повлиять на то, что вы будете заказывать

Psychologies
Трасса М-4: какая протяженность и где можно отдохнуть Трасса М-4: какая протяженность и где можно отдохнуть

Трасса М-4 «Дон» — главная транспортная артерия российского юга

РБК
Зачем и как учить детей ждать: советы психологов Зачем и как учить детей ждать: советы психологов

Отрывок из книги «Научите ребенка думать»

СНОБ
Исследование: 68% руководителей считают, что сотрудникам не хватает навыков для взаимодействия с коллегами Исследование: 68% руководителей считают, что сотрудникам не хватает навыков для взаимодействия с коллегами

Каких навыков не хватает многим сотрудникам?

Inc.
Как избавиться от едкого запаха краски в квартире: 6 проверенных способов Как избавиться от едкого запаха краски в квартире: 6 проверенных способов

Существует целый ряд способов, как устранить запах краски

ТехИнсайдер
Мэттью Перри: предсмертные откровения о зависимости, отношениях с женщинами и поисках Бога Мэттью Перри: предсмертные откровения о зависимости, отношениях с женщинами и поисках Бога

Глава из книги Мэттью Перри «Друзья, любимые и одна большая ужасная вещь»

Psychologies
Опасный маневр: почему дельфины так любят плыть впереди корабля? Опасный маневр: почему дельфины так любят плыть впереди корабля?

Из-за каких причин дельфины плавают прямо перед носом корабля?

ТехИнсайдер
«Кошки-мышки»: почему экранизация известного женского рассказа оказалась неудачной «Кошки-мышки»: почему экранизация известного женского рассказа оказалась неудачной

Почему «Кошки-мышки» — это неудачная экранизация, несмотря на тонкий психологизм

Forbes
«Рептилии»: как нас разочаровал детектив с Джастином Тимберлейком и Бенисио Дель Торо «Рептилии»: как нас разочаровал детектив с Джастином Тимберлейком и Бенисио Дель Торо

Несмотря на звездный состав, этот детектив получился очень унылым и заурядным

Forbes
Открыть в приложении