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

Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Шоколадная «Аленка» оказалась не промах: почему она подала в суд на «Красный октябрь?» Шоколадная «Аленка» оказалась не промах: почему она подала в суд на «Красный октябрь?»

Как «Аленка» подала в суд на «Красный октябрь»

ТехИнсайдер
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
В храме Хнума в Эсне нашли рельефы астрономической тематики В храме Хнума в Эсне нашли рельефы астрономической тематики

Изображения и тексты римского времени скрывались под многовековым слоем копоти

N+1
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

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
Отличной посадки на Титан, «Стрекоза»! Отличной посадки на Титан, «Стрекоза»!

Посадка на другие планеты — дело весьма непростое

Наука
В чем польза калины для здоровья: 5 свойств В чем польза калины для здоровья: 5 свойств

Рассказываем, почему калину стоит попробовать

РБК
Проповедники убийств Проповедники убийств

Жан-Поль Марат, Максимилиан Робеспьер и Жорж Дантон — идеологи террора

Дилетант
Сохранить написанное Сохранить написанное

Что позволяет сохранить написанное для потомков?

Знание – сила
Как убрать родительские установки и найти подходящего именно вам партнера Как убрать родительские установки и найти подходящего именно вам партнера

Всегда ли родители правы и сделают ли нас счастливыми их установки?

Psychologies
Королева дедлайна Королева дедлайна

Олеся Серегина — о том, как переплыть Босфор через два месяца после родов

OK!
Ирония судьбы на французском: как Вуди Аллен переизобретает себя в Европе Ирония судьбы на французском: как Вуди Аллен переизобретает себя в Европе

«Великая ирония»: почему именитые режиссеры все больше заняты самоповтором

Forbes
Восточное сияние. Тест-драйв седана Dongfeng Shine Max Восточное сияние. Тест-драйв седана Dongfeng Shine Max

Седан Shine Max метит на место ушедших бестселлеров

РБК
Александр Ведяхин: «ESG прошло стресс-тест» Александр Ведяхин: «ESG прошло стресс-тест»

ESG-повестка снова набирает обороты

РБК
«Время измениться в размерах» «Время измениться в размерах»

Корифеи медиабизнеса обсуждают будущее аналоговых и цифровых медиа

Правила жизни
На рассекреченных снимках американских спутников-шпионов заметили древнеримские форты На рассекреченных снимках американских спутников-шпионов заметили древнеримские форты

Остатки древнеримских фортов находятся на территориях Сирии и Ирака

N+1
Городской остров тепла сделал листья рожковой кислицы красными Городской остров тепла сделал листья рожковой кислицы красными

Листья с высоким содержанием антоцианов оказались устойчивее к тепловому стрессу

N+1
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
10 цитат Роберта Сапольски, которые раскроют тайну происходящего в вашей голове 10 цитат Роберта Сапольски, которые раскроют тайну происходящего в вашей голове

Цитаты из книги «Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки»

Psychologies
6 характеристик смартфона, которые не значат ровным счетом ничего 6 характеристик смартфона, которые не значат ровным счетом ничего

Смартфоны бывают перегружены массой совершенно бесполезных на деле характеристик

CHIP
В каких случаях забывать — это нормально и даже полезно для работы мозга В каких случаях забывать — это нормально и даже полезно для работы мозга

Новые исследования говорят о том, что забывать не менее важно, чем помнить

Psychologies
5 фантастических историй с искусственным интеллектом в роли главного героя 5 фантастических историй с искусственным интеллектом в роли главного героя

Книги, в которых роботы становятся главными героями

Maxim
«Уфологи в штатском. Как спецслужбы работают с НЛО» «Уфологи в штатском. Как спецслужбы работают с НЛО»

Как летающие тарелки связаны с секретными военными испытаниями

N+1
Донской умами. Как выбрать вина из «сибирькового» и чем их закусывать Донской умами. Как выбрать вина из «сибирькового» и чем их закусывать

Вина из «сибирькового»: как выбрать и зачем закусывать салом

СНОБ
Пространственная и временная координаты поменялись местами в квантовом вычислителе Google Пространственная и временная координаты поменялись местами в квантовом вычислителе Google

Ученые из Google предложили новый способ создания квантовых схем

N+1
Что будет, если съесть хлеб с плесенью? Что будет, если съесть хлеб с плесенью?

Срезать плесень и съесть хлеб или не испытывать судьбу и выбросить весь батон?

ТехИнсайдер
Миллиардер, филантроп: как жил Чарльз Фрэнсис Фини — основатель Duty Free Миллиардер, филантроп: как жил Чарльз Фрэнсис Фини — основатель Duty Free

Чарльз Фрэнсис Фини заработал миллиарды и раздал их на благотворительность

Правила жизни
Игра «Лила»: может ли настолка с индийскими корнями заменить психолога Игра «Лила»: может ли настолка с индийскими корнями заменить психолога

«Лила» — игра для самопознания. Она стремительно набирает популярность в России

Psychologies
Стесняюсь спросить: когда пора обращаться к нутрициологу и зачем? Стесняюсь спросить: когда пора обращаться к нутрициологу и зачем?

Кто такой нутрициолог и как он помогает скорректировать питание?

Правила жизни
Открыть в приложении