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
ДНК из 30-тысячелетних зубов указала на потенциально древнейшее погребение маленькой девочки ДНК из 30-тысячелетних зубов указала на потенциально древнейшее погребение маленькой девочки

Ученые исследовали молочные зубы и подвески из пещеры Борсука

N+1
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Женское чутье: как работает обоняние и почему во время беременности от всего тошнит Женское чутье: как работает обоняние и почему во время беременности от всего тошнит

Отрывок из книги «Суперчувства» о том, как женщины воспринимают вкус и запах

Forbes
От поражения до победы От поражения до победы

Йом-кипур в Израиле отмечают практически все, даже не очень верующие люди

Дилетант
Почему так плохо, когда все хорошо Почему так плохо, когда все хорошо

Откуда приходит кризис среднего возраста и как не дать ему обрушить все

Men Today
По парижской моде По парижской моде

Эклектичный интерьер с винтажными элементами

SALON-Interior
Юрий Шлыков: «Когда подал Любимову заявление об уходе, ор стоял, наверное, неделю...» Юрий Шлыков: «Когда подал Любимову заявление об уходе, ор стоял, наверное, неделю...»

Юрий Шлыков — о том, как разговор с Кирой Муратовой перевернул его жизнь

Коллекция. Караван историй
«Оружие было отличным» «Оружие было отличным»

В Войне Судного дня советское оружие сражалось против американского

Дилетант
Новая этика: почему в России может быть востребован опыт сталинских судов чести Новая этика: почему в России может быть востребован опыт сталинских судов чести

Что такое суд чести и почему он начинает воскресать в России?

Forbes
Персона Персона

О строительстве в историческом центре и работе с российскими архитекторами

Robb Report
На скульптурах Парфенона нашли следы инструментальной обработки и сложного цветного орнамента На скульптурах Парфенона нашли следы инструментальной обработки и сложного цветного орнамента

При росписи статуй Парфенона художники широко использовали египетский синий

N+1
«Ваш сын попал в аварию»: 5 фраз, указывающих на мошенника «Ваш сын попал в аварию»: 5 фраз, указывающих на мошенника

Как распознать обман в самом начале общения с незнакомцем

Psychologies
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
Устойчивое падение Устойчивое падение

Почему термин ESG становится токсичным в США

РБК
Танаис. Воскресшая красота древности Танаис. Воскресшая красота древности

Древняя жемчужина скифов и греков – город Танаис

Зеркало Мира
«Игры в бисер»: глава из книги Александра Гениса «Игры в бисер»: глава из книги Александра Гениса

Отрывок из сборника эссе, который по-новому откроет любимых авторов

СНОБ
Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее

В России и мире наметился рост употребления так называемых безалкогольных вин

РБК
Стричься не нужно: как отрастить длинные волосы после 50 лет и сохранить их красивыми Стричься не нужно: как отрастить длинные волосы после 50 лет и сохранить их красивыми

Как правильно после 50 лет ухаживать за длинными волосами?

VOICE
Умершего в 90-летнем возрасте царя Рамсеса II вдвое омолодили на реконструкции Умершего в 90-летнем возрасте царя Рамсеса II вдвое омолодили на реконструкции

Как выглядел царь Рамсес II в 90 и в 45 лет

N+1
Самопомощь при депрессии: 7 вредных советов, 2 полезные техники и 10 рекомендаций Самопомощь при депрессии: 7 вредных советов, 2 полезные техники и 10 рекомендаций

Что стоит делать во время обострения депрессии и чего следует избегать

Psychologies
Вот здесь убрать Вот здесь убрать

10 простых упражнений, чтобы убрать «ушки» на бедрах

Лиза
Месяц борьбы против рака груди: о чем важно помнить Месяц борьбы против рака груди: о чем важно помнить

Рак груди, к сожалению, из нашей жизни пока не пропал

Psychologies
Как Binance взлетела на неудачном запуске фирменного токена Как Binance взлетела на неудачном запуске фирменного токена

Как Binance обернула крупнейший провал себе на пользу

Forbes
«Комплексы»: как термин Юнга стал популярным и что он означает «Комплексы»: как термин Юнга стал популярным и что он означает

Откуда пошло понятие «комплексы» и каков его глубинный смысл

Psychologies
Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй! Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй!

Фотографии и видео обломков битвы за Мидуэй

ТехИнсайдер
Геологи нашли остатки исчезнувшей древней океанической плиты Палеотихоокеанского супербассейна Геологи нашли остатки исчезнувшей древней океанической плиты Палеотихоокеанского супербассейна

Понтийская плита была размером с четверть современного Тихого океана

N+1
Зумеры не надеются на пенсию! Вот как молодежь готовится к старости Зумеры не надеются на пенсию! Вот как молодежь готовится к старости

Что такое тенденция «мягких сбережений», которая зарождается среди зумеров?

ТехИнсайдер
10 самых бесполезных изобретений человечества 10 самых бесполезных изобретений человечества

Самые странные и бесполезные изобретения

Maxim
«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
Открыть в приложении