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

Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
На солнечной стороне На солнечной стороне

Современный функциональный интерьер с панорамным видом на парк

SALON-Interior
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Опыт освоения: как Россия построила город в Китае и почему он перестал быть русским Опыт освоения: как Россия построила город в Китае и почему он перестал быть русским

Как Россия оставила в истории яркий след мирного освоения новых территорий

Forbes
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Как носить пальто, если тебе за 50: советы стилистов Как носить пальто, если тебе за 50: советы стилистов

Что является главным модным мастхэвом для зимы и осени?

VOICE
Харакири по всем правилам Харакири по всем правилам

6 марта 1929 года произошло событие, которое взбудоражило всю Москву

Дилетант
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
Камотли, он же батат Камотли, он же батат

Батат, сладкий картофель, — многолетняя травянистая лиана из семейства вьюнковых

Наука и жизнь
Фрактальная роборука на основе патента 1913 года надежно обхватила яйца и банан Фрактальная роборука на основе патента 1913 года надежно обхватила яйца и банан

Американские инженеры создали захват для роботов

N+1
Знатному пазырыкцу поставили диффузный идиопатический скелетный гиперостоз Знатному пазырыкцу поставили диффузный идиопатический скелетный гиперостоз

Ученые исследовали останки мужчины, найденные в могильнике Ак-Алаха-1

N+1
Cветлана Антонова: «Когда режиссер твой муж, ты переживаешь за него и стараешься, чтобы у него не было проблем» Cветлана Антонова: «Когда режиссер твой муж, ты переживаешь за него и стараешься, чтобы у него не было проблем»

Интервью со Cветланой Антоновой

Коллекция. Караван историй

Как выражается пассивная агрессия и что ей можно противопоставить?

VOICE
Как изменение климата влияет на вкус вина: оно становится крепче и вкуснее Как изменение климата влияет на вкус вина: оно становится крепче и вкуснее

Что меняется в виноделии в связи с глобальным потеплением?

ТехИнсайдер
Артём Ачкасов: О тюнинге, который не нужен Артём Ачкасов: О тюнинге, который не нужен

Тюнинг — это не всегда рациональное и продуманное решение

4x4 Club
Вузы и социальные предприниматели: зачем они друг другу? | Universities and Social Entrepreneurs: A Mutually Beneficial Alliance? Вузы и социальные предприниматели: зачем они друг другу? | Universities and Social Entrepreneurs: A Mutually Beneficial Alliance?

Взаимодействие университетов и социального бизнеса — распространенная практика

Позитивные изменения
4 ментальных расстройства, вызывающих болтливость 4 ментальных расстройства, вызывающих болтливость

Склонность много болтать может быть симптомом психических заболеваний

Psychologies
Жители юга Сулавеси изготовили орудия из зубов тигровой акулы семь-пять тысяч лет назад Жители юга Сулавеси изготовили орудия из зубов тигровой акулы семь-пять тысяч лет назад

Археологи исследовали два просверленных зуба тигровой акулы со следами износа

N+1
Загадки страны Пиктавии Загадки страны Пиктавии

Пикты – воинственный народ, оставивший после себя множество тайн

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
Действительно ли костный бульон полезен: вот что об этом думают диетологи и врачи Действительно ли костный бульон полезен: вот что об этом думают диетологи и врачи

Костному бульону приписывают множество суперсил

VOICE
Гиря из деревни: как уралец развивает спорт и культуру на малой родине Гиря из деревни: как уралец развивает спорт и культуру на малой родине

Зачем Артем Артемьев бесплатно поставляет продукцию Iron King деревням и школам

Forbes
Ушить желудок Ушить желудок

Что такое бариатрия и кому действительно это требуется

Лиза
Вертикальное выражение горизонтального желания: 10 лучших фильмов о танцах Вертикальное выражение горизонтального желания: 10 лучших фильмов о танцах

Доставай диско-шар — пришло время сальсы, буги-вуги, балета, хип-хопа и вальса!

VOICE
Олеся Судзиловская: «Это был достаточно смелый шаг для меня, но я на него решилась» Олеся Судзиловская: «Это был достаточно смелый шаг для меня, но я на него решилась»

Олеся Судзиловская обсудила модные тенденции и образы на красных дорожках

Караван историй
Практические вопросы: На бездорожье без полного привода Практические вопросы: На бездорожье без полного привода

Что делать, если вы встретили трудный участок на кроссовере с передним приводом

4x4 Club
Я и сам своего рода ученый: как постмодерн убил экспертность Я и сам своего рода ученый: как постмодерн убил экспертность

Почему сейчас экспертом может считать себя кто угодно?

Правила жизни
Как справиться со страхом перед сексом с новым партнером: 4 совета от клинического психолога Как справиться со страхом перед сексом с новым партнером: 4 совета от клинического психолога

Как справиться с тревогой перед сексом и отдаться процессу с удовольствием?

Psychologies
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
Skoda Kodiaq 2024. Всё, что вам нужно знать о новом семейном кроссовере Skoda Kodiaq 2024. Всё, что вам нужно знать о новом семейном кроссовере

Новое поколение Skoda Kodiaq стало длиннее своего предшественника

4x4 Club
Открыть в приложении