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

«Gaia»: новый взгляд на небо «Gaia»: новый взгляд на небо

Что телескоп «Gaia» позволил узнать о нашей Галактике?

Наука и жизнь
Мифическая палеонтология. Древние животные в фольклоре прошлого и настоящего Мифическая палеонтология. Древние животные в фольклоре прошлого и настоящего

Издревле человек «населял» леса, моря и горы разными мистическими существами

Наука и техника
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
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
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Пилатес: 5 упражнений и советы для начинающих Пилатес: 5 упражнений и советы для начинающих

Задача пилатеса — вернуть мышцам анатомически верное и естественное положение

РБК
А были ли деревни? А были ли деревни?

Как возник миф о потёмкинских деревнях?

Дилетант
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
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Воспитание стиля Воспитание стиля

Фэшн-эксперты о преимуществах профильных блогеров перед селебрити

Правила жизни
«Чародейка чисел»: как Ада Лавлейс дала начало программированию и оказалась забыта «Чародейка чисел»: как Ада Лавлейс дала начало программированию и оказалась забыта

Августа Ада Лавлейс — гений, опередивший своё время

Forbes
Флуоресценция оказалась широко распространена среди млекопитающих Флуоресценция оказалась широко распространена среди млекопитающих

Какие животные способны к флуоресценции?

N+1
Бразилия. Не жизнь, а золото Бразилия. Не жизнь, а золото

Золотая лихорадка: по какому сценарию она развивается и чем заканчивается

Зеркало Мира
На все времена На все времена

Элегантный интерьер в стиле софт-минимализм

SALON-Interior
Темперамент имеет значение: сильные и слабые стороны флегматика Темперамент имеет значение: сильные и слабые стороны флегматика

Флегматики обладают сильным, устойчивым, но тормозимым типом нервной системы

Psychologies
Виктор Раков: «Захаров мне сказал: «Принимайте волевое решение — или в кино сниматься, или в театре работать» Виктор Раков: «Захаров мне сказал: «Принимайте волевое решение — или в кино сниматься, или в театре работать»

«В нашей профессии в любом возрасте чему-то учишься»

Караван историй
Как носить кардиган, если тебе за 50: советы стилистов Как носить кардиган, если тебе за 50: советы стилистов

Кардиган — универсальная вещь в гардеробе любой женщины

VOICE
Древняя змея и ископаемая летучая мышь из раннего плейстоцена Древняя змея и ископаемая летучая мышь из раннего плейстоцена

Пещера Таврида в Крыму — кладезь фауны эпохи раннего плейстоцена

Наука и жизнь
«Став матерью, я обрела смелость защищать маму»: роман о детстве, разлуке и горе «Став матерью, я обрела смелость защищать маму»: роман о детстве, разлуке и горе

Отрывок из лиричного романа «Перл» о семейном счастье и травме

Forbes
Искусство преодоления препятствий Искусство преодоления препятствий

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

Зеркало Мира
Российские сериалы последних лет: топ 10 + достойных вашего внимания Российские сериалы последних лет: топ 10 + достойных вашего внимания

Что могло бы стать классикой современного российского ТВ?

Правила жизни
Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый

Счастливы ли жаворонки? Или совы счастливее?

ТехИнсайдер
Магическое мышление: как оно заставляет нас покупать ненужное и верить, что мы можем менять реальность Магическое мышление: как оно заставляет нас покупать ненужное и верить, что мы можем менять реальность

Как работает магическое мышление и как не попасть в его ловушку?

VOICE
Как жили в Европе русские эмигранты первой волны. Отрывок из книги Как жили в Европе русские эмигранты первой волны. Отрывок из книги

Отрывок из книги «Белые русские — красная угроза?» Шейлы Фицпатрик

СНОБ
Звёздная пыль Звёздная пыль

Пыль в космосе представляет собой очень эффектное зрелище

Наука и техника
Ударная техника Ударная техника

Классная клюшка может вывести вас на новый уровень игры. Как их изготавливают?

Robb Report
«Советские ветераны Второй мировой войны: народное движение в авторитарном государстве, 1941-1991» «Советские ветераны Второй мировой войны: народное движение в авторитарном государстве, 1941-1991»

Как бывшие фронтовики боролись с советской бюрократией

N+1
Идеальная любовница: как перфекционизм мешает женщинам наслаждаться сексом Идеальная любовница: как перфекционизм мешает женщинам наслаждаться сексом

Беспокойство — главный враг возбуждения, особенно у женщин

Psychologies
Ирина Темичева: «Дима Нагиев говорит: «Ты можешь поступать как угодно, но самое главное, не будь сволочью» Ирина Темичева: «Дима Нагиев говорит: «Ты можешь поступать как угодно, но самое главное, не будь сволочью»

«В 17 лет я поехала, как говорится, покорять Москву»

Караван историй
Практические вопросы: Клапан EGR – чинить, менять или глушить? Практические вопросы: Клапан EGR – чинить, менять или глушить?

Что такое клапан EGR и нужен ли он вообще?

4x4 Club
Открыть в приложении