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

Про напиток из цикория Про напиток из цикория

Есть время и место для кофе и есть время и место для цикория

Наука и жизнь
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 избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Под высоким напряжением Под высоким напряжением

Как быстро успокоить себя и перестать нервничать: советы психолога

Лиза
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
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
Додекаэдры Древнего Рима Додекаэдры Древнего Рима

Археологов давно волнуют странные предметы, попадающиеся при раскопках в Риме

Наука и жизнь
Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый Жаворонки и совы: нейробиолог объясняет, кто самый счастливый

Счастливы ли жаворонки? Или совы счастливее?

ТехИнсайдер
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Достоверные чудеса прогресса

Наука и жизнь
Компании-призраки и жизнь в провинции: путь российского релоканта в Казахстане Компании-призраки и жизнь в провинции: путь российского релоканта в Казахстане

Насколько республика Казахстан остается открытой для россиян

Forbes
10 правил самоанализа для начинающих предпринимателей 10 правил самоанализа для начинающих предпринимателей

В начале пути предпринимателям нужно подумать над своими личными качествами

Inc.
4 способа борьбы с навязчивыми тревожными мыслями 4 способа борьбы с навязчивыми тревожными мыслями

Как справиться с привычкой обдумывать что-то негативное и тревожное

Psychologies
Как и куда пригласить мужчину на свидание: 5 вариантов Как и куда пригласить мужчину на свидание: 5 вариантов

Что важно учитывать, приглашая мужчину на свидание?

Psychologies
Редкие признания после рождения последнего ребенка: что Елизавета II открыла в личном письме королевской акушерке Редкие признания после рождения последнего ребенка: что Елизавета II открыла в личном письме королевской акушерке

Какой матерью была королева и с каким теплом она относилась к близким людям?

VOICE
«Пап, а ты когда придешь?»: почему отец так важен для ребенка — 4 главные функции «Пап, а ты когда придешь?»: почему отец так важен для ребенка — 4 главные функции

Какова роль мужчины в воспитании детей, что он делает такого, чего не может мать

Psychologies
Выйти из тени отца: как режиссер София Коппола обрела собственный голос Выйти из тени отца: как режиссер София Коппола обрела собственный голос

О творческом пути Софии Коппола, которой удалось выйти из тени отца-режиссера

Forbes
Горные гориллы постарались не спариваться с родственниками Горные гориллы постарались не спариваться с родственниками

Обезьяны избегали спариваний с сородичами, с которыми вместе росли

N+1
Для легкого дыхания Для легкого дыхания

Почему возникает запах изо рта и что нужно в этом случае обследовать

Лиза
Антистресс-питание: что есть, чтобы помочь психике Антистресс-питание: что есть, чтобы помочь психике

Откуда организму брать ресурсы, чтобы справляться с бесконечным стрессом?

Psychologies
Конец близок: 3 фантастические книги о глобальных катаклизмах и борьбе человечества за выживание Конец близок: 3 фантастические книги о глобальных катаклизмах и борьбе человечества за выживание

Три книги о возможных сценариях гибели человечества

ТехИнсайдер
Только в профиль: какими получаются продолжения легендарных сериалов Только в профиль: какими получаются продолжения легендарных сериалов

Про самые интересные кейсы ребутов и продолжений любимых сериалов

Правила жизни
5 книг о сектах, про которые страшно читать 5 книг о сектах, про которые страшно читать

Захватывающие и жуткие романы, которые объясняют психологию всех участников сект

Maxim
От космического грузчика до театрального режиссера. Чем, кроме «Друзей», запомнился Мэттью Перри От космического грузчика до театрального режиссера. Чем, кроме «Друзей», запомнился Мэттью Перри

Мэттью Перри писал сценарии, режиссировал постановки и успел выпустить мемуары

СНОБ
Борзых и ребята Борзых и ребята

«Убить Риту»: Бандитский Петербург возвращается в новом амплуа

Собака.ru
«Без тяжелого люкса». Как изменились тренды на обустройство квартир «Без тяжелого люкса». Как изменились тренды на обустройство квартир

Какие планировки, ремонты и интерьеры популярны у обеспеченных москвичей

СНОБ
В ритме трендов: как Фаррелл Уильямс, Канье Уэст и звезды K-pop меняют индустрию моды В ритме трендов: как Фаррелл Уильямс, Канье Уэст и звезды K-pop меняют индустрию моды

Музыка и мода: где заканчивается творчество и начинается суровый бизнес

Forbes
Алхимия жизни, или Главное о видообразовании Алхимия жизни, или Главное о видообразовании

Как образуются новые виды? Это один из центральных вопросов эволюционной теории

Знание – сила
Баллистический парашют спас китайское аэротакси от крушения Баллистический парашют спас китайское аэротакси от крушения

Четыре парашюта снизили скорость спуска аэротакси до пяти метров в секунду

N+1
Убийственное ретро Убийственное ретро

«Континенталь»: спин-офф «Джона Уика» с Мелом Гибсоном

Weekend
Игорь Губарь: Лучше летом на «зиме», чем зимой на «лете» Игорь Губарь: Лучше летом на «зиме», чем зимой на «лете»

Когда менять летнюю резину на зимнюю, и на какую именно – с шипами или без

4x4 Club
Открыть в приложении