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
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
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
10 техник социального влияния, которые надо знать 10 техник социального влияния, которые надо знать

Как научиться распознавать основные манипулятивные ловушки и избегать их

Psychologies
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
Андрей Кириленко — Forbes : «Спортивный характер в бизнесе может помешать» Андрей Кириленко — Forbes : «Спортивный характер в бизнесе может помешать»

Андрей Кириленко: можно ли российскому баскетболу не бояться изоляции

Forbes
Пирамида Солнца. Как бывший автомеханик создал аферу, жертвой которой стал холдинг Баффета Пирамида Солнца. Как бывший автомеханик создал аферу, жертвой которой стал холдинг Баффета

Бывший автомеханик втянул инвесторов в пирамиду

Forbes
Идеальная любовница: как перфекционизм мешает женщинам наслаждаться сексом Идеальная любовница: как перфекционизм мешает женщинам наслаждаться сексом

Беспокойство — главный враг возбуждения, особенно у женщин

Psychologies
Крым: как устроить человеческое житьё Крым: как устроить человеческое житьё

Летом 1920 года в Крыму царил осторожный оптимизм

Дилетант
Усталость, осознанность и поиски вечной любви: какими стали знакомства Усталость, осознанность и поиски вечной любви: какими стали знакомства

Приложения для знакомств часто вызывают расстройства и делают людей заложниками

РБК
Самолеты, рамен и софт-рок. Что любит и не любит японский аниматор Хаяо Миядзаки Самолеты, рамен и софт-рок. Что любит и не любит японский аниматор Хаяо Миядзаки

Что любит и чего не переносит легендарный японский аниматор Хаяо Миядзаки

СНОБ
По целому подряду причин: почему IT-аутсорсинг становится в России все популярнее По целому подряду причин: почему IT-аутсорсинг становится в России все популярнее

Пока мировой рынок IT-аутсорсинга демонстрирует весьма умеренный рост

Forbes
Свободы выбора не существует: провокационное исследование Роберта Сапольски Свободы выбора не существует: провокационное исследование Роберта Сапольски

Роберт Сапольски отрицает свободу воли человека — прав ли он?

Psychologies
Как выжить в век цифровой амнезии: 7 советов Как выжить в век цифровой амнезии: 7 советов

Что такое «эффект Google», чем он вреден и как с ним бороться?

Psychologies
Донской умами. Как выбрать вина из «сибирькового» и чем их закусывать Донской умами. Как выбрать вина из «сибирькового» и чем их закусывать

Вина из «сибирькового»: как выбрать и зачем закусывать салом

СНОБ
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
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
Вафли Вафли

Что было пределом мечтаний молодого ленинградского обывателя году в 1930?

Знание – сила
Перемен не будет: почему нужно полностью принимать партнера Перемен не будет: почему нужно полностью принимать партнера

Стоит ли меняться ради партнера и верить, что это пробудит в нем лучшие качества

Psychologies
Как самки учат друг друга выбирать Как самки учат друг друга выбирать

Самки животных учатся у других выбирать в качестве партнеров "особенных" самцов

ТехИнсайдер
Что важно знать о психотерапии: 10 пунктов Что важно знать о психотерапии: 10 пунктов

Опровергаем самые стойкие и распространенные мифы о психотерапии

Psychologies
Забудьте о Тэтчер: как стереотипы о жестком лидерстве мешают женщинам в работе Забудьте о Тэтчер: как стереотипы о жестком лидерстве мешают женщинам в работе

Как в попытках «сыграть в Маргарет Тэтчер» руководительницы теряют себя

Forbes
Лучшие французские фильмы последних лет Лучшие французские фильмы последних лет

Французские фильмы, которые знатно потрепали наши нервы в последние годы

Maxim
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
Докричаться до небес: как извлечь пользу из самых популярных магических практик Докричаться до небес: как извлечь пользу из самых популярных магических практик

Какие психологические механизмы стоят за гаданием на кофейной гуще и гороскопами

Psychologies
«Как тебе не стыдно?!»: как избавиться от деструктивного чувства «Как тебе не стыдно?!»: как избавиться от деструктивного чувства

Почему чувство стыда часто проявляется деструктивно?

Psychologies
В чем польза калины для здоровья: 5 свойств В чем польза калины для здоровья: 5 свойств

Рассказываем, почему калину стоит попробовать

РБК
Селенография Селенография

Что люди знали о Луне до первого полета к спутнику Земли?

Вокруг света
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
Криминальное чтиво: 5 захватывающих книг о преступлениях и расследованиях Криминальное чтиво: 5 захватывающих книг о преступлениях и расследованиях

Книги, которые показывают все разнообразие современного детектива

ТехИнсайдер
Открыть в приложении