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

«Одним меньше стало» «Одним меньше стало»

Какую палитру мнений вызвала кончина главы советского правительства?

Дилетант
«Наш Бисмарк» «Наш Бисмарк»

Миф о Бисмарке, как создателе Второго рейха начал складываться ещё при его жизни

Дилетант
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Время ацтеков Время ацтеков

Что зашифровали ацтеки

Вокруг света
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
Ракетные атомные подводные лодки стран НАТО Ракетные атомные подводные лодки стран НАТО

В 1976 году в США на воду сходит ракетная лодка нового поколения «Огайо»

Наука и техника
Священный знак Священный знак

«Кого Юпитер хочет опозорить, лишает своего орла»

Дилетант
На границе миров: почему открытие квантовых точек заслужило Нобелевскую премию На границе миров: почему открытие квантовых точек заслужило Нобелевскую премию

Открытие, которое легло в основу многообещающей нанотехнологии

Forbes
Казус Донского Казус Донского

Как завещание Дмитрия Донского привело к междусобице на Руси

Дилетант
Жуткие наклонности Иосифа Сталина. Что стало с четырнадцатилетней девочкой, которую совратил Сталин? Жуткие наклонности Иосифа Сталина. Что стало с четырнадцатилетней девочкой, которую совратил Сталин?

Каким образом Сталину удалось уклониться от статьи за растление малолетних?

ТехИнсайдер
Записки зрелого врача: каким получился спектакль «Комната Адлера» с Олегом Меньшиковым Записки зрелого врача: каким получился спектакль «Комната Адлера» с Олегом Меньшиковым

Почему пропускать спектакль «Комната Адлера» не рекомендуется

Правила жизни
Познавательное кино Познавательное кино

Что такое научпоп в кино? Зачем его снимают? Кто его смотрит?

Знание – сила
На все времена На все времена

Элегантный интерьер в стиле софт-минимализм

SALON-Interior
Как Дэвид Боуи, Пауло Коэльо и другие путешествовали по Транссибу Как Дэвид Боуи, Пауло Коэльо и другие путешествовали по Транссибу

Как по Транссибу путешествовали Дэвид Боуи, Пауло Коэльо и другие

СНОБ
Разбиться о рифмы: как рэп стал одним из самых популярных музыкальных жанров в России Разбиться о рифмы: как рэп стал одним из самых популярных музыкальных жанров в России

Как русский рэп стал главным местом силы, идей и смыслов в российской музыке

Forbes
Как наладить режим сна: 10 важных рекомендаций, которые работают Как наладить режим сна: 10 важных рекомендаций, которые работают

Шортлист рекомендаций, которые помогут отладить сон

Правила жизни
Кетамин и плацебо под наркозом одинаково облегчили депрессию Кетамин и плацебо под наркозом одинаково облегчили депрессию

Кетамин представляет собой диссоциативный препарат для внутривенного наркоза

N+1
По целому подряду причин: почему IT-аутсорсинг становится в России все популярнее По целому подряду причин: почему IT-аутсорсинг становится в России все популярнее

Пока мировой рынок IT-аутсорсинга демонстрирует весьма умеренный рост

Forbes
Палеогенетики прочитали геном сына Александра Невского Палеогенетики прочитали геном сына Александра Невского

сын Александра Невского оказался связан со скандинавами и степными кочевниками

N+1
«Честная игра»: триллер со звездой «Бриджертонов», переворачивающий гендерные роли «Честная игра»: триллер со звездой «Бриджертонов», переворачивающий гендерные роли

Как Хлоя Домон справилась с «женской темой» в фильме «Честная игра»

Forbes
Какое масло заливать в двигатель в зависимости от топлива и пробега Какое масло заливать в двигатель в зависимости от топлива и пробега

Какие моменты нужно учитывать, чтобы определить, какое масло заливать в двигател

РБК
Генерал Алексей Алексеевич Брусилов Генерал Алексей Алексеевич Брусилов

Генерал Брусилов был известен недюжинным талантом и любовью к военному делу

Знание – сила
Гвинейская тиляпия — живой памятник временам климатического оптимума голоцена в сахаре Гвинейская тиляпия — живой памятник временам климатического оптимума голоцена в сахаре

Почему один и тот же вид рыб обитает в разных условиях?

Наука и жизнь
«В начале было кофе». Что происходит с русским языком «В начале было кофе». Что происходит с русским языком

Филолог Светлана Гурьянова о живом русском языке

СНОБ
«Когда мозг спит: Сновидения с точки зрения науки» «Когда мозг спит: Сновидения с точки зрения науки»

Почему события во снах часто не поддаются логике

N+1
Отказ системы: история роботов и андроидов в литературе Отказ системы: история роботов и андроидов в литературе

Как роботы, андроиды и ИИ появились в художественной литературе

Правила жизни
Наталья Гундарева в один миг рассталась с любимым, узнав о его предательстве Наталья Гундарева в один миг рассталась с любимым, узнав о его предательстве

Друзья рассказывают о Наталье Гундаревой

Коллекция. Караван историй
Илья Дмитриев: «Цифровые грузоперевозки — это «голубой океан» для бизнеса» Илья Дмитриев: «Цифровые грузоперевозки — это «голубой океан» для бизнеса»

Насколько велик рынок грузоперевозок в России?

РБК
Вливания в «молочные реки» Вливания в «молочные реки»

Производство молока остается привлекательным направлением для инвесторов

Агроинвестор
Устойчивое падение Устойчивое падение

Почему термин ESG становится токсичным в США

РБК
Открыть в приложении