Российско-Германский семинар: конференция с элементами рабочего совещания
В начале ноября состоялся 33-й Российско-Германский семинар по ЭЦР нагреву плазмы и гиротронам. Институт прикладной физики РАН был одним из инициаторов его проведения, и каждый год наши ученые принимают активное участие. Поговорили с Владимиром Евгеньевичем Запеваловым, доктором физико-математических наук и ученым секретарем семинара со стороны ИПФ РАН, о том, как появилась идея этого уникального мероприятия, какие вопросы обсуждаются и почему семинар не теряет своей актуальности.
«Идея организовать обмен опытом между российскими и немецкими учеными исходила с нашей стороны – от Валерия Александровича Флягина, который на тот момент был заместителем директора ИПФ РАН, и Владимира Владимировича Аликаева, начальника отдела ядерного синтеза Российского научного центра «Курчатовский институт». (Здесь и далее приводятся современные названия организаций, хотя за прошедшие годы их названия изменялись, иногда по нескольку раз). Их поддержало как руководство обоих институтов, так и руководство Министерства атомной энергии и промышленности СССР (в данный момент — Госкорпорация «Росатом»). На одной конференции Валерий Александрович встретился с профессором Манфредом Туммом и профессором Рудольфом Венеке, которые в то время работали в Штутгартском университете.
Первый семинар проходил в Германии. От нас отправилась делегация, сравнительно маленькая – никто еще не думал, что сотрудничество будет продолжительным. В ее состав от ИПФ АН входили В.А. Флягин, Г.Г. Денисов, Г.С. Нусинович и М.И. Петелин, от Курчатовского института – А.А. Борщеговский. Участники посетили Институт плазменных исследований (IPF) при Штутгартском университете, Институт ядерных исследований в Карлсруэ (в настоящее время KIT) и Институт физики плазмы Макса Планка в Гархинге (IPP, Garhing), в котором находились токамак ASDEX-Upgrade, достаточно современный по тем временам, и стелларатор Wendelstein 7-AS (1988–2002). В то время гиротроника в Германии была развита сравнительно мало, а вот прикладные аспекты физики плазмы развивались достаточно хорошо, а также проводились всяческие нетривиальные радиоизмерения, чем были сильны сотрудники Карлсруэ. Через какое-то время Манфред Тумм перешел из Штутгарта в Карлсруэ и возглавил там гиротронное направление.
Следующий семинар прошел уже в России, и к нам в гости отправились уже представители трех научных организаций из Германии. Они посетили Курчатовский институт в Москве и приехали к нам в Нижний Новгород. На этом семинаре между делом предложили, что было бы неплохо попробовать российские гиротроны на установках немецких институтов. До этого у коллег из Германии был свой гиротрон, сделанный фирмой Вальво (дочерняя компания фирмы Филипс) по проекту института Карлсруэ. Он имел частоту 140 ГГц, мощность порядка 100 кВт и работал в довольно коротко-импульсном режиме (около 3 мс). У Курчатовского института на тот момент были свободный криомагнит, изготовленный в Чехословакии в рамках кооперации, и не занятый в экспериментах гиротрон, работающий на частоте 140 ГГц мощностью 0.5 МВт и длительностью импульса 0,5 С. В рамках программы научно-технического сотрудничества стороны договорись поставить это оборудование в Германию и провести серию совместных экспериментов.
Первоначально мы посылали свои гиротроны в Институт физики плазмы в Гархинге на стелларатор Wendelstein 7-AS. Для работы с нашим оборудованием командировались ученые из Института прикладной физики, Курчатовского института и НПП «ГИКОМ». Они работали посменно по 2-3 недели, затем на смену приезжали другие научные сотрудники. Для принимающей стороны, конечно, было много хлопот с оформлением, но благодаря такой системе сотрудничества многие российские ученые получили опыт работы на зарубежных установках. Когда образовался НПП «ГИКОМ» и начались зарубежные поставки гиротронных комплексов, большое количество подготовленных специалистов оказалось очень важным условием для успеха контрактных работ. В 1994 году открылся филиал института ИФП в Грайфсвальде (IPP, Graifswald, восточная Германия), там построили новый стелларатор Wendelstein 7-X, который был запущен несколько лет назад. В Гархинге (IPP, Garhing) из установок остался только токамак Asdex-Upgrade, поэтому часть сотрудников, работавших на старом стеллараторе, перешли на него и стали продолжать ту же деятельность по нагреву и управлению параметрами плазмы с помощью гиротронов.
После того, как наладилось сотрудничество между организациями, одной из обсуждаемых тем на семинарах стало как раз проведение совместных работ. Говорили о новых изменениях в гиротронах, как сконструировать источники питания и линии передачи от источников излучения к установкам. В отличие от большинства семинаров и конференций тут есть такой элемент рабочего совещания, некоторые коллеги это мероприятие именно так и называют. Здесь мы рассказываем не только про успешные, завершенные проекты, но и обсуждаем дальнейшие планы, перспективные идеи, разбираем, какие моменты получилось реализовать, а какие нет. Происходит постоянный обмен опытом, мнениями, поэтому семинары всегда проходят в конструктивной рабочей атмосфере.
На протяжении уже многих лет со-председателями семинара являются академик А.Г. Литвак (ИПФ РАН) и профессор Х. Цом (H.Zohm, Институт физики плазмы Макса Планка в Гархинге). Они, творчески сочетая традиции и новые подходы, при активном участии сотрудников заинтересованных институтов, определяют стратегическую линию сотрудничества и промежуточные цели, которые должны быть достигнуты. За время совместных экспериментов подтвердилось, что гиротрон, особенно российский гиротрон – очень эффективное средство для нагрева и управления параметрами плазмы. Развивались соответствующие методы диагностики, расчетов, сценарии нагрева плазмы. Постепенно к нам подключались и другие институты, как правило, в зависимости от выполняемых задач: НПП «ГИКОМ» (Н.Новгород), Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого, ФТИ им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург), Институт общей физики РАН им. А.М. Прохорова (Москва), Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) (Новосибирск) – на некоторые семинары они приезжали в Германию, иногда – к нам. В Германии иногда подключались из Института биофизической химии из университета им. И.В.Гете (Франкфурт на Майне), из фирмы Брукер (Bruker) в Германии, Гамбургского университета и т. д. То есть, со временем сложилась более широкая кооперация.
Тематика докладов на семинаре также расширилась: рассматривали уже не только токамаки, стеллараторы, гиротроны с линией передач, но и открытые ловушки для удержания плазмы, моделирование процессов в плазме, приложения гиротронов для диагностики плазмы, технологических целей и спектроскопии, системы автоматизированного управления гиротронными комплексами. Через какое-то время мы разработали и поставили в Германию технологический комплекс с 30 ГГц 10кВт гиротроном, поэтому на семинарах одной из постоянных тем стали вопросы не только разработки новых микроволновых технологий, но и управления такими комплексами, автоматизации их работы, повышения надежности и срока службы приборов.
Появились новые направления исследований, например, по использованию излучения гиротронов для конверсии СО₂ в более сложные вещества. Такие исследования проводят в Штутгартском университете и в ИПФ РАН. Изучаем, как излучение воздействует не только на плазму, но и на керамику, перспективные композитные материалы с уникальными свойствами. Еще одно интересное направление, которое пытаются развивать немецкие коллеги, – вторичное использование строительных материалов. Ищут, например, какими методами старые бетонные конструкции довести до того состояния, когда материал опять будет пригоден для какого-либо использования.
Также, как правило, на семинаре обсуждаем общие проекты. Долгое время вели совместную работу по созданию коаксиального гиротрона – гиротрона повышенной мощности, более сложного по устройству с технической точки зрения. У нас проект практически приостановился, а немецкие коллеги продолжают его развивать в рамках их национального проекта. Сейчас мы продолжаем поставку гиротронов на токамак Asdex Upgrade в рамках кооперации и контрактов НПП «ГИКОМ». В указанных гиротронах в процессе их технического развития мощность достигла мегаваттного уровня, длительность импульса 10 секунд, появилась возможность работы в многочастотном режиме и др. Эти новые технические решения затем используются в российских гиротронах для других установок. Продолжается совместная работа над созданием источников последовательностей сверхкоротких импульсов. Такие импульсы потенциально могут быть востребованы для целого ряда приложений: спектроскопия, диагностика различных сред, радиолокация.
Второй год подряд семинар проходит в онлайн-формате. В этот раз приняли участие более 100 человек, почти половина из них – молодые ученые. За два дня мы выслушали и обсудили 28 докладов. Участники представили новые результаты численного моделирования и экспериментальных исследований на токамаке Asdex-Upgrade (IPP, Garhing), новом токамаке Т-15МД (КИ, Москва), стеллараторе Wandelstein-7X (IPP, Graifswald) и планы работ на ближайшее будущее. Продолжаются исследования по наращиванию мощности и эффективности гиротронов, что значительно повышает надежность и экономичность энергетических установок. Не прекращается продвижение в более высокие частоты. Получено подтверждение стабильности длительной работы и высокого качества многих гироприборов, а также появились новые достижения, направленные на разработку генераторов и усилителей с новыми свойствами.
Обсудили теоретические (численное моделирование различными методами: KIT, ИПФ РАН) и экспериментальные (ИПФ РАН) результаты, которые были получены в русле совместных работ над созданием источников последовательностей сверхкоротких импульсов с широким спектром. Интересно прозвучал доклад ИПФ РАН об использовании аддитивных технологий для изготовления микроволновых компонентов на 3D-принтере. Это, несомненно, шаг в направлении нового технологического уклада, движение к которому наблюдается во всех развитых странах. Впервые прозвучали доклады о конкретных работах, направленных на создание международного реактора следующего поколения после ИТЭР – ДЕМО. Перспектива успешных работ по УТС становится все более ощутимой.
За тридцать три года мы плотно познакомились с учеными из Германии, стали не только коллегами, но и друзьями. Заметим, что непринужденное обсуждение вопросов, которые интересны участникам, не ограничиваются формальным временем доклада, а продолжаются иногда на протяжении всего семинара. Когда он проходил в очном формате, всегда включали в программу какую-нибудь экскурсию, совместный выезд, спортивные игры или поход. И даже там обсуждения продолжаются в живой и раскованной форме. Много, что поменялось за прошедшие годы: подключились участники из других стран и научных организаций, расширилась тематика, однако общий настрой остался прежним – это конструктивная дружелюбная кооперация. Всегда приятно получить совет: мы делаем вот так, попробуйте, может и вам поможет? Надеемся, что в следующем году, на 34-м семинаре получится встретиться с коллегами в очном формате».