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

Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Не наступи на грабли Не наступи на грабли

7 подводных камней самозанятости (как не налететь на них)

Лиза
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
10 музыкальных групп из 90-х, повлиявших на несколько поколений 10 музыкальных групп из 90-х, повлиявших на несколько поколений

Без этой десятки коллективов невозможно представить современных исполнителей

Maxim
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Самые страшные хоррор-книги последних лет Самые страшные хоррор-книги последних лет

Книги, от которых у вас будут мурашки

Maxim
Архаров, архаровцы и цена на сено Архаров, архаровцы и цена на сено

Николай Архаров — один из главных строителей полицейского ведомства России

Дилетант
Что смотреть на фестивале «Послание к человеку» Что смотреть на фестивале «Послание к человеку»

«Послание к человеку» в этом году посвящено памяти Алексея Медведева

Weekend
Бозон Хиггса — 10 лет спустя Бозон Хиггса — 10 лет спустя

Бозон Хиггса может стать ключом к решению некоторых основных проблем в физике

Наука и жизнь
Как носить кардиган, если тебе за 50: советы стилистов Как носить кардиган, если тебе за 50: советы стилистов

Кардиган — универсальная вещь в гардеробе любой женщины

VOICE
6,5-часовой сон сохранил кору головного мозга 6,5-часовой сон сохранил кору головного мозга

6,5 часа сна связаны с набольшей толщиной коры полушарий головного мозга

N+1
Кольцевой резонатор в форме яйца увеличил размерность оптических систем Кольцевой резонатор в форме яйца увеличил размерность оптических систем

Кольцевой резонатор в форме яйца позволил создать быстрый каскадный лазер

N+1
«После „Брата“ все решили, что в 90‑е так ходили» «После „Брата“ все решили, что в 90‑е так ходили»

Как костюмы формируют и ломают стереотипы в кино

Weekend
Какие наши зубы Какие наши зубы

Как работает антиэйдж для зубов и почему так важен правильный прикус?

Собака.ru
Наследие белой эмиграции: как русские в XX веке впечатляли иностранцев модой и кухней Наследие белой эмиграции: как русские в XX веке впечатляли иностранцев модой и кухней

Примечательных историях успеха российских эмигрантов первой половины XX века

Forbes
Почему женщины отказываются от интервального голодания: 3 серьезные причины Почему женщины отказываются от интервального голодания: 3 серьезные причины

Почему интервальное голодание подходит далеко не всем?

VOICE
О Моцарте и Сальери О Моцарте и Сальери

Тема часов, отведенного человеку времени была весьма значима для Моцарта

Знание – сила
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
Необычное решение! В Японии роботы-волки защищают людей от диких медведей Необычное решение! В Японии роботы-волки защищают людей от диких медведей

Дикие животные разбегаются в поисках укрытия при виде необычного зверя

ТехИнсайдер
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
Откуда взошла Луна Откуда взошла Луна

Астрономы давно ломают голову над происхождением Луны

Вокруг света
Стесняюсь спросить: 13 мифов о контрацепции, с которыми давно пора разобраться Стесняюсь спросить: 13 мифов о контрацепции, с которыми давно пора разобраться

Как грамотно выбрать метод контрацепции, которая по сей день окутана мифами

Правила жизни
Двухголовая собака на электромоторе. Кто придумал искусственное сердце Двухголовая собака на электромоторе. Кто придумал искусственное сердце

Как Владимир Демихову удалось пересадить искусственное сердце

СНОБ
Уважая традиции: как вести деловые отношения с индусами Уважая традиции: как вести деловые отношения с индусами

Как работать с индийскими подчиненными и партнерами

Inc.
Вы удивитесь урокам жизни от Арнольда Шварценеггера! Вот 4 интересные мысли Вы удивитесь урокам жизни от Арнольда Шварценеггера! Вот 4 интересные мысли

Квинтэссенция мудрости «железного Арни»

ТехИнсайдер
Видеоигры — круче Видеоигры — круче

Как видеоигры не просто доросли до искусства, но стали его высшей формой

Правила жизни
«Жизнь легка, когда поешь шашлыка» «Жизнь легка, когда поешь шашлыка»

Без шашлыка нельзя представить себе ни одну кухню кавказского региона

Зеркало Мира
Прошлое, сохраненное для будущего Прошлое, сохраненное для будущего

Елена Стафьева о мануфактуре Zenith

Weekend
Загадки страны Пиктавии Загадки страны Пиктавии

Пикты – воинственный народ, оставивший после себя множество тайн

Зеркало Мира
Премия, или Поражение победителей, испытавших триумф Премия, или Поражение победителей, испытавших триумф

Сто девяносто лет назад в Стокгольме родился Альфред Нобель

Знание – сила
Открыть в приложении