Искусственное Солнце за $1 трлн

«Тихая» энергетическая революция в самом разгаре. Все больше национальных проектов и стартапов обещают снабдить человечество неограниченным количеством дешевой термоядерной энергии.

И хотят это сделать уже совсем скоро. 

Температурный рекорд Китая

Недавно государственное агентство КНР — Xinhua — сообщило о преодолении физиками-ядерщиками очередного рубежа. Экспериментальный термоядерный реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) побил рекорд температуры, установленный французским токамаком Tore Supra.

EAST удалось поддерживать температуру 158 млн градусов по Фаренгейту (70 млн градусов по Цельсию) — в 5 раз превышающую температуру солнечного ядра — на протяжении 1 056 секунд, т. е. почти 18 минут. Французы в 2003 году смогли удержать аналогичную температуру плазмы в контуре реактора в течение 390 секунд.

До этого — в мае 2021 года — EAST установил еще один рекорд, проработав 101 секунду при беспрецедентных 216 млн F (120 млн °C). Это почти на порядок выше температуры настоящего Солнца.

На эксперименты с EAST Пекин уже потратил около $1 трлн. Технологии китайского токамака используется в еще более крупном реакторе, строящемся в Марселе (Франция).  В создании Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) участвуют 35 стран, в том числе США, все государства ЕС, Великобритания, Китай и Индия.

ИТЭР содержит самый мощный в мире магнит. С его помощью можно будет генерировать магнитное поле в 280 000 раз сильнее магнитного поля Земли. Предполагается, что ИТЭР введут в эксплуатацию в 2025 году, и он снабдит ученых еще большим объемом информации о практических возможностях использования энергии термоядерного синтеза.

Китай также проводит эксперименты с инерционным удержанием плазмы и планирует завершить строительство токамака нового поколения к началу 2030-х гг. Как заявило информагентство Xinhua, достижение китайских ученых приближает человечество к созданию источника практически неограниченной чистой энергии. 

Однако воспроизвести в земных условиях реакции, бушующие в недрах звезд — отнюдь не простая задача. Первый токамак был построен в СССР еще в 1958 году, а температура, необходимая для протекания термоядерной реакции достигнута в середине 80-х гг. прошлого века. Но еще ни один реактор не смог удержать плазму достаточно долго, чтобы осуществить управляемый термоядерный синтез и выработать больше реакции, чем потребил.

И все же, успех китайских ученых уже подхлестнул активность термоядерных стартапов, а их на рынке гораздо больше, чем крупных межгосударственных проектов. 

Энергия для Безоса, Гейтса, Сороса и компании?

Так, канадская General Fusion уже заявила о том, что ей удалось реализовать новую технологию магнитно-инерционного термоядерного синтеза (MTF). С помощью магнитных полей и жидкого металла она позволяет создавать полости, в которой формируются необходимые условия — температура и давление — для старта термоядерной реакции. Процесс создания такой полости — «схлопывание» — займет 10 миллисекунд. В результате будет создана температура до 100 млн °С.

Технология пока испытывается на прототипах. А вот сам реактор должен быть построен неподалеку Оксфорда в Великобритании, и, по замыслам General Fusion, получит управляемую реакцию уже к началу 2030-х гг.

General Fusion — один из наиболее заметных среди десятка (и даже более) термоядерных стартапов. В ноябре прошлого года компания привлекла $130 млн от Джеффа Безоса и других инвесторов. Общее финансирование проекта превышает $190 млн.  

Тогда же американский стартап Helion Energy сумел получить на свои разработки $500 млн от гендиректора OpenAI Сэма Альтмана, сооснователя Facebook Дастина Московица и компании Питера Тиля — Mithril Capital. Инвесторы пообещали перечислить Helion Energy дополнительные $1,7 млрд — при достижении определенных целевых показателей.

Компания обещает построить установку мощностью 50 МВт. На первой стадии она будет питать центры обработки данных своих технологических инвесторов, а затем — и другие объекты. Первые результаты нам обещают уже в 2024 году.

Деньги последнего раунда финансирования Helion Energy планирует направить на строительство уже 7-го по счету прототипа реактора. В 2021 году шестому прототипу компании — Trenta — удалось после 16-месячных испытаний выйти на температуру в 100 млн °С.

Но еще большего финансового успеха достигла основанная в 2018 году Commonwealth Fusion Systems (CFS). В декабре 2021 года она привлекла $1,8 млрд от Билла Гейтса, Alphabet и фондов, контролируемых Джорджем Соросом и Марком Бениоффом.

CFS создавалась как стартап при Массачусетском технологическом институте (МТИ) и тесно сотрудничает с национальной лабораторией в Ок-Ридж.

Сейчас, памятуя о примере космической индустрии, американские власти надеются, что коммерческим компаниям удастся быстрее и дешевле достичь нужного результата. Поэтому институты и лаборатории Министерства энергетики США охотно сотрудничают со стартапами, а богатейшие люди США оплачивают то, что уже назвали «тихой революцией в энергетике».

Магнитный козырь Америки

Та же Commonwealth Fusion Systems (CFS) с прошлого года занята строительством в Массачусетсе на месте бывшей военной базы кампуса термоядерной энергии площадью около 19 га. Здесь разместят компактный реактор SPARC, офисы и предприятие по изготовлению комплектующих. CFS уже объявила о готовности быстро масштабировать результат своих разработок. 

В сентябре 2021 года CFS и Центр плазменной науки и синтеза МТИ объявили об успешном испытании самого сильного в мире высокотемпературного сверхпроводящего магнита, способного достигать стабильного магнитного поля более 20 Тесла, что позволит обеспечить устойчивый термоядерный синтез.

«В прошлом в токамаках использовались низкотемпературные сверхпроводящие магниты, что требовало от них огромных размеров для создания магнитного поля, необходимого для достижения чистой энергии. Магниты CFS HTS обеспечат значительно более сильные магнитные поля и, как следствие, существенно меньшие по размеру токамаки», — говорится в сообщении CFS.

В общем, термоядерная гонка в мире набрала обороты. Ее участники наперебой обещают достичь результата уже в начале 2030-х, а кое-кто — даже раньше. Заявления о том, что компания собирается построить токамак или подобное устройство для земного и космического использования зачастую бывает достаточно, чтобы претендовать на многомиллионное финансирование.

Однако реальная оценка того или иного проекта доступна лишь узкому кругу ученых-физиков. Остальные вынуждены довольствоваться красивыми картинками сайтов и обнадеживающими формулировками пресс-релизов.

В философском смысле получение неограниченного количества дешевой энергии сродни чаше святого Грааля, делающего бессмертным каждого, кто дотронулся до нее или посмотрел на этот сосуд.

Тем не менее и другие великие изобретения — до своей реализации — выглядели несбыточной фантастикой. Поэтому, если человечество научилось управлять ядерным синтезом, оно рано или поздно перейдет на следующий уровень. Когда это случится — неизвестно, но оптимисты настаивают — еще при нашей жизни!