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

Семинарист, журналист, революционер Семинарист, журналист, революционер

У Булгакова Петлюра предстаёт персонажем мистическим, почти Антихристом

Дилетант
Что делать, если централизованного отопления недостаточно: 6 лайфхаков, как утеплить квартиру Что делать, если централизованного отопления недостаточно: 6 лайфхаков, как утеплить квартиру

Как сделать из своей квартиры теплое и уютное местечко без лишних затрат

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
Иноходец Иноходец

Владимир Яглыч один из немногих, у кого есть талант жить по своим правилам

Men Today
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Не только художник Не только художник

5 профессий для тех, кто любит рисовать

Лиза
Мороз и засуха едины Мороз и засуха едины

Голод с большим количеством смертей в Европейской России 1891 года

Дилетант
Как выбрать пуховик: самая полная памятка и лучшие варианты Как выбрать пуховик: самая полная памятка и лучшие варианты

Что учесть и на что обратить внимание, выбирая пуховик?

Правила жизни
Идти навстречу светилу! Идти навстречу светилу!

История института солнечно-земной физики уходит корнями в докосмическую эру

Наука и жизнь
«Университет — это институт развития, который может стать драйвером территории» | “The University Is a Development Institution That Can Become a Driver for Territorial Development” «Университет — это институт развития, который может стать драйвером территории» | “The University Is a Development Institution That Can Become a Driver for Territorial Development”

В чем потенциал вузов и как университеты берут на себя роль институтов развития

Позитивные изменения
Как решиться на смену профессии после 30: личный опыт и рекомендации Как решиться на смену профессии после 30: личный опыт и рекомендации

Как переступить через страх и заняться новым любимым делом после 30 лет?

Psychologies
Как победить в конфликте на работе: секретные методы бизнес-коуча Как победить в конфликте на работе: секретные методы бизнес-коуча

Как же победить в корпоративной войне — да и вообще в любом конфликте?

Psychologies
Если друг оказался вдруг: как сирийский бурый медведь стал героем польской армии Если друг оказался вдруг: как сирийский бурый медведь стал героем польской армии

Рассказываем одну из самых удивительных историй Второй мировой войны

Правила жизни
Переутомление в квадрате: что такое выгорание, как его распознать и победить? Переутомление в квадрате: что такое выгорание, как его распознать и победить?

Как распознать выгорание и отличить от обычной усталости или депрессии?

Правила жизни
«Вряд ли это так больно»: почему мужчины не верят женщинам — история от первого лица «Вряд ли это так больно»: почему мужчины не верят женщинам — история от первого лица

Почему мужчины с детства считают, что женщины — истерички и нытики

Psychologies
Как я отказалась от кофе, завела дневник благодарностей и стала спокойнее Как я отказалась от кофе, завела дневник благодарностей и стала спокойнее

Как стать спокойнее, научившись ценить и видеть хорошее в своей жизни

Psychologies
Хоп, рэперок: что общего у Розенбаума, «Каспийского Груза» и Моргенштерна? Хоп, рэперок: что общего у Розенбаума, «Каспийского Груза» и Моргенштерна?

Что общего у рэпа и шансона и почему вдруг об этом заговорили

Правила жизни
Как женщины-операторы борются со стереотипами о «мужской профессии» Как женщины-операторы борются со стереотипами о «мужской профессии»

Женщины-операторы: как они выбрали путь и с какими препятствиями сталкиваются

Forbes
В ожидании нового гламура. Дизайнеры о трендах ближайшего времени В ожидании нового гламура. Дизайнеры о трендах ближайшего времени

Как интернет позволяет преодолевать барьеры и запреты и где искать вдохновение?

СНОБ
Как криминалистка Софья Файнштейн ловила первого серийного убийцу СССР Как криминалистка Софья Файнштейн ловила первого серийного убийцу СССР

Как криминалистка Софья Файнштейн ловила Мосгаза

Forbes
Звёздная пыль Звёздная пыль

Пыль в космосе представляет собой очень эффектное зрелище

Наука и техника
Лицом к салату: 6 способов обезвредить продукты, которые притворяются диетическими Лицом к салату: 6 способов обезвредить продукты, которые притворяются диетическими

Ингредиенты для салатов, которые не такие диетические, как кажутся

VOICE
Тошнит от еды, но есть хочется: почему может возникать отвращение к пище Тошнит от еды, но есть хочется: почему может возникать отвращение к пище

Почему от вида еды у человека может возникать отвращение к пище и тошнота?

ТехИнсайдер
Бусидо. Путь самурая Бусидо. Путь самурая

«Бусидо» — кодекс самураев XII века, который постоянно менялся вместе с эпохой

Зеркало Мира
«Я хуже других»: как синдром самозванца мешает работе «Я хуже других»: как синдром самозванца мешает работе

Откуда берётся внутренний «самозванец» и что помогает с ним справляться

VC.RU
Рецепты красоты и здоровья: как применять касторовое масло c пользой для всего тела Рецепты красоты и здоровья: как применять касторовое масло c пользой для всего тела

За что касторовое масло так ценится и как его можно эффективно применять

ТехИнсайдер
Ноги не промокнут: 5 лайфхаков, как сделать обувь водонепроницаемой Ноги не промокнут: 5 лайфхаков, как сделать обувь водонепроницаемой

Не обязательно покупать резиновые сапоги: как сделать обувь водоотталкивающей

ТехИнсайдер
«Лыжня» на лбу «Лыжня» на лбу

Как избавиться от морщин без дорогостоящих процедур

Лиза
«Я буду первопроходцем»: как Шейла Фицпатрик уже более 60 лет изучает историю СССР «Я буду первопроходцем»: как Шейла Фицпатрик уже более 60 лет изучает историю СССР

Профессор Шейла Фицпатрик — о цикличности российской истории

Forbes
Под высоким напряжением Под высоким напряжением

Как быстро успокоить себя и перестать нервничать: советы психолога

Лиза
Открыть в приложении