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

Распад СССР: только факты Распад СССР: только факты

Распад СССР — историческая случайность или неизбежная катастрофа?

Дилетант
3 болезни, которыми можно заразиться и жить с инфекцией, не догадываясь об этом 3 болезни, которыми можно заразиться и жить с инфекцией, не догадываясь об этом

Некоторые вирусы и паразиты живут в нас годами

Maxim
От поражения до победы От поражения до победы

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

Дилетант
Искусственный интеллект предсказал будущее мира: 6 важных прогнозов из книги «Этюды черни» Искусственный интеллект предсказал будущее мира: 6 важных прогнозов из книги «Этюды черни»

Прогнозы от искусственного интеллекта, которые помогут разобраться в мире

ТехИнсайдер
Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Чужая девочка Чужая девочка

Возможно ли полюбить чужого ребенка как своего

СНОБ
Диалектика времени Диалектика времени

Как размышления о времени способствовали развитию человеческой цивилизации

Вокруг света
5 фантастических книг, в которых Земля оказывается на грани гибели 5 фантастических книг, в которых Земля оказывается на грани гибели

Книги, в которых на Землю обрушиваются самые разные катастрофы

Maxim
Откуда взошла Луна Откуда взошла Луна

Астрономы давно ломают голову над происхождением Луны

Вокруг света
Почему вы не достигаете целей: 3 основные ловушки Почему вы не достигаете целей: 3 основные ловушки

Почему мы не достигаем своих целей? Что делать, чтобы прийти к результату?

Psychologies
Кулинарные мемуары: актер Стэнли Туччи рассказывает истории о своих любимых блюдах Кулинарные мемуары: актер Стэнли Туччи рассказывает истории о своих любимых блюдах

Глава из книги Стэнли Туччи «Вкус. Кулинарные мемуары» о Флоренции

Forbes
Классовые разногласия Классовые разногласия

Чем опасны моторы класса Евро-0 и долго ли их еще будут выпускать в России?

РБК
Как курсы актерского мастерства помогают побороть страх и обрести свободу: личный опыт Как курсы актерского мастерства помогают побороть страх и обрести свободу: личный опыт

Для чего актерские курсы непрофессионалам? И как они помогают людям меняться?

Psychologies
Шоколадная «Аленка» оказалась не промах: почему она подала в суд на «Красный октябрь?» Шоколадная «Аленка» оказалась не промах: почему она подала в суд на «Красный октябрь?»

Как «Аленка» подала в суд на «Красный октябрь»

ТехИнсайдер
Снова синяк! Откуда берутся гематомы на теле без видимых причин Снова синяк! Откуда берутся гематомы на теле без видимых причин

Иногда синяки на теле свидетельствуют о наличии тяжелого заболевания

Лиза
Переутомление в квадрате: что такое выгорание, как его распознать и победить? Переутомление в квадрате: что такое выгорание, как его распознать и победить?

Как распознать выгорание и отличить от обычной усталости или депрессии?

Правила жизни
Инклюзивный райдер Капитана Марвел: как Бри Ларсон противостоит неравенству в кино Инклюзивный райдер Капитана Марвел: как Бри Ларсон противостоит неравенству в кино

Актриса, в 27 лет получившая «Оскар», давно воплощает на экране сильных героинь

Forbes
Повернуты на чистоте и еще 4 признака людей с ОКР — проверьте себя Повернуты на чистоте и еще 4 признака людей с ОКР — проверьте себя

ОКР — психическое расстройство, из-за которого возникают навязчивые мысли

Psychologies
Кассетный мальчик разбивает стекла. 5 главных песен группы «Мумий Тролль» Кассетный мальчик разбивает стекла. 5 главных песен группы «Мумий Тролль»

Рассматриваем биографию Ильи Лагутенко через пять его главных песен

СНОБ
Едят ли в Китае собак? Узнайте правду об этом популярном мифе! Едят ли в Китае собак? Узнайте правду об этом популярном мифе!

Что история говорит о том, едят ли в Китае собак

ТехИнсайдер
Как «Божественная комедия» Данте повлияла на культуру: от архитектуры до компьютерных игр Как «Божественная комедия» Данте повлияла на культуру: от архитектуры до компьютерных игр

Как написанная 700 лет назад книга повлияла на культуру XX и XXI веков

СНОБ
«Когда мозг спит: Сновидения с точки зрения науки» «Когда мозг спит: Сновидения с точки зрения науки»

Почему события во снах часто не поддаются логике

N+1
Картинки в голове: как ученая Тэмпл Грандин живет с аутизмом и исследует эту тему Картинки в голове: как ученая Тэмпл Грандин живет с аутизмом и исследует эту тему

Отрывок из книги «Картинки в голове: И другие рассказы о моей жизни с аутизмом»

Forbes
Холмы времени Холмы времени

Научная фантастика сродни сказке и стихотворению

Знание – сила
И полетели ножи: мемуары Бритни Спирс — клаустрофобный хоррор, в котором нет выживших И полетели ножи: мемуары Бритни Спирс — клаустрофобный хоррор, в котором нет выживших

Почему каждая глава в автобиографии Бритни Спирс выдающаяся

Правила жизни
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
Что важно знать о психотерапии: 10 пунктов Что важно знать о психотерапии: 10 пунктов

Опровергаем самые стойкие и распространенные мифы о психотерапии

Psychologies
Что получится, если автобус превратить в скоростной поезд Что получится, если автобус превратить в скоростной поезд

Каким получился поезд от General Motors?

ТехИнсайдер
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

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

Вокруг света
6 мужских высказываний в начале отношений, после которых стоит задуматься 6 мужских высказываний в начале отношений, после которых стоит задуматься

Какие фразы нового партнера могут быть настоящими красными флагами?

Psychologies
Открыть в приложении