Ученые преследовали мечту об использовании реакций, которые приводят в действие Солнце, с самого начала атомной эры. Интерес к безуглеродному источнику энергии и инвестиции в него растут.
Вот уже большую часть столетия астрономы и физики знают, что процесс, называемый термоядерным синтезом, позволяет Солнцу и звездам сиять миллионы или даже миллиарды лет. И с тех пор, как было сделано это открытие, они мечтали доставить этот источник энергии на Землю и использовать его для питания современного мира.
Это мечта, которая становится только более привлекательной сегодня, в эпоху растущего изменения климата. Использование термоядерного синтеза и подача его в мировые электрические сети могли бы помочь превратить все наши электростанции, работающие на угле и газе, выбрасывающие углекислый газ, в далекое воспоминание. Термоядерные электростанции могли бы обеспечить выработку электроэнергии с нулевым выбросом углерода, которая будет поступать днем и ночью, не беспокоясь о ветре или погоде — и без недостатков современных установок для расщепления ядерного топлива, таких как потенциально катастрофические расплавления и радиоактивные отходы, которые необходимо изолировать на тысячи столетий.
На самом деле термоядерный синтез является полной противоположностью делению: вместо расщепления тяжелых элементов, таких как уран, на более легкие атомы термоядерный синтез генерирует энергию путем слияния различных изотопов легких элементов, таких как водород, в более тяжелые атомы.
Чтобы воплотить эту мечту в реальность, ученые—термоядерщики должны запустить термоядерный синтез здесь, на земле, но без доступа к сокрушительным уровням гравитации, которые позволяют достичь этого в ядре Солнца. Сделать это на Земле означает поместить эти легкие изотопы в реактор и найти способ нагреть их до сотен миллионов градусов по Цельсию — превратить их в ионизированную “плазму”, похожую на внутренности молнии, только более горячую и ее труднее контролировать. И это означает поиск способа управлять этой молнией, обычно с помощью какого-то магнитного поля, которое захватывает плазму и крепко удерживает, пока она корчится, извивается и пытается вырваться, как живое существо.
Обе задачи, мягко говоря, сложны. Фактически, только в конце 2022 года в ходе многомиллиардного термоядерного эксперимента в Калифорнии наконец был получен крошечный образец изотопа, который выделил больше термоядерной энергии, чем потребовалось для его воспламенения. И это событие, длившееся всего около одной десятой наносекунды, должно было быть вызвано совокупной мощностью 192 самых мощных лазеров в мире.
This approach to fusion starts with a tiny solid target filled with deuterium-tritium fuel that gets hit from every side with intense pulses of energy. This can be done indirectly (left) by surrounding the target with a small metal cylinder. Lasers strike the insides of the cylinder, generating X-rays that heat the fuel pellet. The laser beams can also heat the target directly (right). Either way, the fuel pellet implodes, and the resulting energy release quickly blows the target apart. The indirect approach was used by the National Ignition Facility in the heralded “break even” experiments that produced more energy than the lasers delivered. But this approach to fusion is probably many decades from being a practical way to generate electricity. / Этот подход к термоядерному синтезу начинается с крошечной твердой мишени, заполненной дейтерий-тритиевым топливом, в которую со всех сторон попадают интенсивные импульсы энергии. Это можно сделать косвенно (слева), окружив мишень небольшим металлическим цилиндром. Лазеры воздействуют на внутреннюю поверхность цилиндра, генерируя рентгеновские лучи, которые нагревают топливную таблетку. Лазерные лучи также могут непосредственно нагревать мишень (справа). В любом случае топливная таблетка взрывается, и в результате высвобождения энергии цель быстро разлетается на части. Непрямой подход был использован Национальным центром воспламенения в объявленных экспериментах по “безубыточности”, которые производили больше энергии, чем поставляли лазеры. Но такой подход к термоядерному синтезу, вероятно, еще много десятилетий не станет практичным способом выработки электроэнергии.
однако сегодня мир термоядерного синтеза переполнен планами создания гораздо более практичных машин. Новые технологии, такие как высокотемпературные сверхпроводники, обещают сделать термоядерные реакторы меньше, проще, дешевле и эффективнее, чем когда-то казалось возможным. И что еще лучше, все эти десятилетия медленного, упорного прогресса, похоже, миновали переломный момент, и исследователи термоядерного синтеза теперь имеют достаточно опыта, чтобы разрабатывать эксперименты с плазмой, которые работают практически так, как предсказывалось.
“Наступает эпоха технологических возможностей, которые теперь соответствуют задачам этого поиска”, — говорит Михл Биндербауэр, генеральный директор термоядерной фирмы TAE Technologies в Южной Калифорнии.
Действительно, с тех пор, как TAE стала первой в 1998 году, было создано более 40 коммерческих термоядерных компаний — большинство из них за последние пять лет, и многие имеют конструкцию энергетического реактора, который, как они надеются, заработает в следующем десятилетии или около того. “Я продолжаю думать, что, о, конечно, мы достигли своего пика”, — говорит Эндрю Холланд, который продолжает числиться генеральным директором Ассоциации Fusion Industry Association, адвокационной группы, которую он основал в 2018 году в Вашингтоне, округ Колумбия. “Но нет, мы продолжаем видеть, как все больше и больше компаний приходят с разные идеи.”
Ничто из этого не осталось незамеченным частными инвестиционными фирмами, которые поддержали стартапы fusion примерно на 6 миллиардов долларов. Такое сочетание новых технологий и частных денег создает счастливую синергию, говорит Джонатан Менард, руководитель исследований в Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики в Нью-Джерси, который не является участником ни одной из термоядерных фирм. По сравнению с государственным сектором, у компаний, как правило, больше ресурсов для того, чтобы пробовать что-то новое, говорит Менард. — Что-то сработает, что-то нет. Некоторые могут быть где-то посередине”, — говорит он. “Но мы собираемся это выяснить, и это хорошо”.
Конечно, есть все основания для осторожности — начиная с того факта, что ни одна из этих фирм до сих пор не продемонстрировала, что может генерировать чистую термоядерную энергию даже на короткое время, не говоря уже о том, чтобы довести ее до промышленного уровня в течение десятилетия. “Многие компании обещают что-то в сроки, которые, как правило, мы считаем маловероятными”, — говорит Менард. Но затем он добавляет: “мы были бы счастливы, если бы оказалось, что мы ошибаемся”.
Поскольку более 40 компаний пытаются сделать именно это, мы достаточно скоро узнаем, добьется ли успеха одна или несколько из них. Тем временем, чтобы дать представление о возможностях, вот обзор проблем, которые приходится преодолевать каждому термоядерному реактору, и рассмотрим некоторые из наиболее финансируемых и разработанных проектов для решения этих проблем.
Предпосылки для слияния. Первая задача для любого термоядерного устройства — это, так сказать, разжечь огонь: оно должно взять любую смесь изотопов, которую использует в качестве топлива, и заставить ядра соприкоснуться, слиться и высвободить всю эту прекрасную энергию. Это буквально означает “прикосновение”: термоядерный синтез — это контактный вид спорта, и реакция даже не начнется, пока ядра не столкнутся лоб в лоб. Сложность заключается в том, что каждое атомное ядро содержит положительно заряженные протоны, и — физика 101 — положительные заряды электрически отталкиваются друг от друга. Таким образом, единственный способ преодолеть это отталкивание — заставить ядра двигаться так быстро, чтобы они разбивались и сплавлялись до того, как их отклонят. Эта потребность в скорости требует температуры плазмы не менее 100 миллионов градусов по Цельсию. И это только для топливной смеси из дейтерия и трития, двух тяжелых изотопов водорода. Смеси других изотопов должны были бы стать намного горячее — вот почему “DT” по-прежнему является предпочтительным топливом в большинстве конструкций реакторов.
In fusion reactors, light isotopes fuse to form heavier ones and release energy in the process. Shown here are four examples of reactor fuels. The first, D-T, combines two heavy forms of hydrogen (deuterium and tritium). This mix is most common because it begins to fuse at the lowest temperature, but tritium is radioactive, and the generated neutrons can make the reactor radioactive. A reaction between two deuterium nuclei (D-D) proceeds more slowly and requires high temperatures. Using a deuterium-helium-3 mix is also less common, in part because helium-3 is rare and expensive. Perhaps the most tantalizing is a mix of protons and boron-11 (P-11B). Both isotopes are non-radioactive and abundant, while their fusion products are stable and easy to capture for energy extraction. The challenge will be to get the mix to fusion temperatures of more than 1 billion degrees Celsius. / В термоядерных реакторах легкие изотопы сливаются с образованием более тяжелых и в процессе выделяют энергию. Здесь показаны четыре примера реакторного топлива. Первый, D-T, сочетает в себе две тяжелые формы водорода (дейтерий и тритий). Эта смесь наиболее распространена, потому что она начинает плавиться при самой низкой температуре, но тритий радиоактивен, и генерируемые нейтроны могут сделать реактор радиоактивным. Реакция между двумя ядрами дейтерия (D-D) протекает медленнее и требует высоких температур. Использование смеси дейтерий-гелий-3 также менее распространено, отчасти потому, что гелий-3 редок и дорог. Пожалуй, самым заманчивым является смесь протонов и бора-11 (P-11B). Оба изотопа нерадиоактивны и распространены в большом количестве, в то время как продукты их синтеза стабильны и их легко улавливать для извлечения энергии. Задача будет заключаться в том, чтобы довести температуру плавления смеси до более чем 1 миллиарда градусов по Цельсию.
Но каким бы ни было топливо, стремление достичь температуры термоядерного синтеза обычно сводится к гонке между усилиями исследователей по закачке энергии с помощью внешнего источника, такого как микроволны или высокоэнергетические пучки нейтральных атомов, и попытками ионов плазмы излучать эту энергию так же быстро, как они ее получают.
Конечная цель состоит в том, чтобы довести плазму до температуры “воспламенения”, то есть когда термоядерные реакции начнут генерировать достаточно внутренней энергии, чтобы компенсировать это излучение энергии — и, кроме того, обеспечить энергией город или два. Но это просто приводит ко второй проблеме: как только огонь зажжен, любой практичный реактор должен будет поддерживать его включенным — например, ограничить эти перегретые ядра таким образом, чтобы они находились достаточно близко друг к другу, чтобы поддерживать разумную частоту столкновений достаточно долго, чтобы обеспечить полезный поток энергии.
В большинстве реакторов это означает защиту плазмы внутри герметичной камеры, поскольку посторонние молекулы воздуха охладили бы плазму и погасили реакцию. Но это также означает, что плазму следует держать подальше от стенок камеры, которые настолько холоднее плазмы, что малейшее прикосновение также остановит реакцию. Проблема в том, что если вы попытаетесь удержать плазму подальше от стен с помощью нефизического барьера, такого как сильное магнитное поле, поток ионов быстро исказится и станет бесполезным из-за токов и полей внутри плазмы. Если, конечно, вы не сформировали поле с большой тщательностью и умом — именно поэтому различные схемы удержания объясняют некоторые из наиболее существенных различий между конструкциями реакторов.
Наконец, практические реакторы должны будут включать в себя какой-либо способ извлечения термоядерной энергии и превращения ее в постоянный поток электроэнергии. Хотя недостатка в идеях для решения этой последней задачи никогда не было, детали в решающей степени зависят от того, какую топливную смесь использует реактор. Например, при использовании дейтерий-тритиевого топлива в результате реакции образуется большая часть энергии в виде высокоскоростных частиц, называемых нейтронами, которые невозможно удержать магнитным полем, поскольку у них нет заряда. Это отсутствие электрического заряда позволяет нейтронам пролетать не только через магнитные поля, но и сквозь стенки реактора. Таким образом, плазменная камера должна быть окружена “одеялом”: толстым слоем какого-нибудь тяжелого материала, такого как свинец или сталь, который будет поглощать нейтроны и превращать их энергию в тепло. Затем тепло может быть использовано для кипячения воды и выработки электроэнергии с помощью тех же паровых турбин, которые используются на обычных электростанциях.
A fusion power plant could use one of several different reactor types, but it will turn fusion energy into electricity the same way that fossil-fuel power plants or nuclear-fission reactors do: Heat from the energy source will boil water to make steam, the steam will flow through a steam turbine, and the turbine will turn an electric generator to send power into the grid. / Термоядерная электростанция могла бы использовать один из нескольких различных типов реакторов, но она будет превращать термоядерную энергию в электричество таким же образом, как это делают электростанции на ископаемом топливе или ядерные реакторы деления: тепло от источника энергии будет кипятить воду для получения пара, пар будет проходить через паровую турбину, а энергия турбина будет приводить в действие электрогенератор для подачи электроэнергии в сеть.
Многие конструкции реакторов DT также предусматривают включение некоторого количества лития в основной материал, чтобы нейтроны вступали в реакцию с этим элементом с образованием новых ядер трития. Этот шаг имеет решающее значение: поскольку при каждом термоядерном синтезе DT потребляется одно ядро трития, а поскольку этот изотоп радиоактивен и не существует в природе, в реакторе вскоре закончилось бы топливо, если бы он не воспользовался этой возможностью для его восполнения.
Сложности DT-топлива настолько громоздки, что некоторые из наиболее смелых термоядерных стартапов сделали выбор в пользу альтернативных топливных смесей. Например, TAE компании Binderbauer нацелен на то, что многие считают идеальным термоядерным топливом: смесь протонов и бора-11. Оба ингредиента не только стабильны, нетоксичны и доступны в большом количестве, но и их единственным продуктом реакции является три положительно заряженных ядра гелия-4, энергия которых легко улавливается магнитными полями без необходимости в защитном покрытии.
Но альтернативные виды топлива сопряжены с другими проблемами, такими как тот факт, что TAE должна будет довести свою смесь протон-бор-11 до температуры плавления по меньшей мере в миллиард градусов Цельсия, что примерно в 10 раз превышает порог DT.
Плазменный пончик. Основы этих трех задач — воспламенение плазмы, поддержание реакции и сбор энергии — были ясны с самых первых дней исследований термоядерной энергии. И к 1950—м годам новаторы в этой области начали придумывать множество схем для их решения — большинство из которых отошли на второй план после 1968 года, когда советские физики обнародовали проект, который они назвали токамак. Как и некоторые из более ранних концепций реакторов, токамаки имели плазменную камеру, чем—то похожую на полый пончик — форма, которая позволяла ионам бесконечно циркулировать, ни во что не ударяясь, — и управляли ионами плазмы с помощью магнитных полей, генерируемых токоведущими катушками, обернутыми вокруг внешней стороны пончика. Но токамаки также отличались новым набором катушек, которые заставляли электрический ток циркулировать вокруг пончика прямо через плазму, подобно кольцевому разряду молнии. Этот ток придавал магнитным полям едва заметный изгиб, который на удивление способствовал стабилизации плазмы. И хотя первая из этих машин все еще не могла приблизиться к температурам и времени выдержки, необходимым энергетическому реактору, результаты были настолько лучше, чем что-либо виденное ранее, что мир термоядерного синтеза в значительной степени массово переключился на токамаки.
Tokamak reactors (left) and related designs known as stellarator reactors (right) both confine the superhot plasma (yellow) with magnetic fields (purple) that are generated by electromagnetic coils (blue and red). With tokamaks, the most common type of reactor, these coils also start an electric current flowing through the plasma, which helps keep the reaction stable. The stellarator design likewise confines the plasma inside an airtight donut, but eliminates the need for a donut-circling current by controlling the plasma with a much more complex set of external coils (blue). / Реакторы токамак (слева) и связанные с ними конструкции, известные как стеллараторные реакторы (справа), ограничивают сверхгорячую плазму (желтую) магнитными полями (фиолетовыми), которые генерируются электромагнитными катушками (синими и красными). В токамаках, наиболее распространенном типе реакторов, эти катушки также запускают электрический ток, протекающий через плазму, что помогает поддерживать стабильность реакции. Конструкция стелларатора аналогично удерживает плазму внутри герметичного пончика, но устраняет необходимость в токе, циркулирующем по пончику, за счет управления плазмой с помощью гораздо более сложного набора внешних катушек (синего цвета).
С тех пор по всему миру было построено более 200 токамаков различных конструкций, и физики узнали так много о плазме токамаков, что могут с уверенностью прогнозировать производительность будущих машин. Эта уверенность является причиной того, что международный консорциум финансовых агентств был готов выделить более 20 миллиардов долларов на строительство ITER (в переводе с латыни “путь”): токамака, увеличенного до размеров 10-этажного здания. Проект ITER, строящийся на юге Франции с 2010 года, как ожидается, начнет эксперименты с дейтерий-тритиевым топливом в 2035 году. И когда это произойдет, физики совершенно уверены, что ITER сможет удерживать и изучать горящую термоядерную плазму в течение нескольких минут, предоставляя уникальный массив данных, которые, как мы надеемся, будут полезны при строительстве энергетических реакторов.
Но ИТЭР также был спроектирован как исследовательская машина с гораздо большим количеством приборов и универсальностью, чем когда—либо требовалось бы работающему энергетическому реактору, — вот почему два из наиболее финансируемых на сегодняшний день термоядерных стартапа стремятся разработать реакторы токамак, которые были бы намного меньше, проще и дешевле.
Первой вышла на рынок британская фирма Tokamak Energy, основанная в 2009 году. За эти годы компания получила около 250 миллионов долларов венчурного капитала на разработку реактора на основе “сферических токамаков” — особенно компактной модификации, которая больше похожа на яблоко с сердцевиной, чем на пончик. Но скоро появится Commonwealth Fusion Systems в Массачусетсе, дочернее предприятие Массачусетского технологического института, которое даже не было запущено до 2018 года. Хотя в конструкции токамака Commonwealth используется более традиционная конфигурация пончика, доступ к обширной сети Массачусетского технологического института по сбору средств уже принес компании почти 2 миллиарда долларов.
Обе фирмы одними из первых начали генерировать свои магнитные поля с помощью кабелей, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Обнаруженные в 1980-х годах, но только недавно доступные в виде кабелей, эти материалы могут пропускать электрический ток без сопротивления даже при относительно высокой температуре в 77 Кельвинов, или -196 градусов Цельсия, достаточно высокой, чтобы ее можно было достичь с помощью жидкого азота или газообразного гелия. Это значительно упрощает и удешевляет охлаждение ВТСП-кабелей по сравнению с теми, которые будет использовать ITER, поскольку они будут изготовлены из обычных сверхпроводников, которые необходимо заливать жидким гелием при температуре 4 Кельвина. Но более того, кабели HTS могут генерировать гораздо более сильные магнитные поля в гораздо меньшем пространстве, чем их низкотемпературные аналоги — это означает, что обе компании смогли уменьшить размеры своих электростанций до доли размера ITER.
Однако, какими бы доминирующими ни были токамаки, большинство современных термоядерных стартапов не используют этот дизайн. Они возрождают старые альтернативы, которые могли бы быть меньше, проще и дешевле токамаков, если бы кто-то смог заставить их работать.
Плазменные вихри. Яркими примерами этих возрожденных конструкций являются термоядерные реакторы, основанные на плазменных вихрях, похожих на дымовые кольца, известных как конфигурация с обращенным полем (FRC). Напоминающий толстую полую сигару, которая вращается вокруг своей оси подобно гироскопу, вихрь FRC удерживает себя вместе благодаря собственным внутренним токам и магнитным полям — это означает, что нет необходимости в реакторе FRC для поддержания бесконечной циркуляции ионов вокруг плазменной камеры в форме пончика. По крайней мере, в принципе, вихрь будет счастливо оставаться внутри прямой цилиндрической камеры, и для его удержания требуется лишь легкое внешнее поле, чтобы оно оставалось устойчивым. Это означает, что реактор на основе FRC может отказаться от большинства этих дорогих, энергоемких катушек внешнего возбуждения, сделав его меньше, проще и дешевле, чем токамак или почти что-либо еще.
Shown here is a linear reactor concept based on an especially stable plasma vortex that is held together with its own internal currents and magnetic fields. Called the field-reversed configuration (FRC), it is formed from the merger of two simpler vortices that are fired from each end of the reaction chamber by plasma guns. Beams of fresh fuel coming in from the side keep the FRC hot and spinning briskly. / Здесь показана концепция линейного реактора, основанная на особенно стабильном плазменном вихре, который удерживается вместе своими собственными внутренними токами и магнитными полями. Называемая конфигурацией с обращенным полем (FRC), она образуется в результате слияния двух более простых вихрей, которые запускаются с каждого конца реакционной камеры плазменными пушками. Потоки свежего топлива, поступающие сбоку, поддерживают FRC горячим и быстро вращающимся.
К сожалению, на практике первые эксперименты с этими вращающимися плазменными сигарами, проведенные еще в 1960-х годах, показали, что они всегда, казалось, выходили из-под контроля в течение нескольких сотен микросекунд, вот почему этот подход был в основном отвергнут в эпоху токамаков. Тем не менее, базовая простота дугового реактора никогда полностью не теряла своей привлекательности. Не учитывался и тот факт, что FRC потенциально могут быть разогнаны до экстремальных температур плазмы, не разлетаясь на части — именно поэтому TAE выбрала подход FRC в 1998 году, когда компания приступила к поиску использования реакции протон-бор-11 при температуре в 1 миллиард градусов.
Биндербауэр и его соучредитель TAE, покойный физик Норман Ростокер, придумали схему стабилизации и поддержания вихря FRC на неопределенный срок: просто запускайте пучки свежего топлива вдоль внешних краев вихря, чтобы поддерживать температуру плазмы и высокую скорость вращения.
Это сработало. К середине 2010—х годов команда TAE показала, что эти пучки частиц, поступающие сбоку, действительно будут поддерживать вращение FRC стабильным до тех пор, пока у инжекторов пучка есть мощность — чуть менее 10 миллисекунд с запасом энергии лаборатории, но столько, сколько они захотят (предположительно), как только они смогут выкачать немного лишней энергии из реактора, сжигающего протон-бор-11. И к 2022 году они показали, что их FRC могут сохранять эту стабильность значительно выше 70 миллионов градусов по Цельсию.
С запланированным на 2025 год завершением строительства своей следующей машины, 30-метрового Copernicus, TAE надеется фактически достичь условий горения выше 100 миллионов градусов (хотя и используя обычный водород в качестве заменителя). Эта веха должна дать команде TAE необходимые данные для проектирования их машины DaVinci: прототипа реактора, который (как они надеются) начнет подавать электроэнергию, вырабатываемую p-B11, в сеть к началу 2030-х годов.
Плазма в банке.Т ем временем компания General Fusion из Ванкувера, Канада, сотрудничает с Управлением по атомной энергии Великобритании в строительстве демонстрационного реактора для реализации, пожалуй, самой странной концепции из всех — возрождения термоядерного синтеза с намагниченной мишенью в 21 веке. Эта концепция эпохи 1970-х годов сводится к запуску плазменного вихря в металлическую банку, а затем к ее дроблению. Сделайте это достаточно быстро, и захваченная плазма будет сжата и нагрета до состояния термоядерного синтеза. Делайте это достаточно часто, и более или менее непрерывная цепочка термоядерных энергетических импульсов вернется обратно, и у вас будет энергетический реактор.
В текущей концепции General Fusion металлическая банка будет заменена расплавленной свинцово-литиевой смесью, которая удерживается центробежной силой на стенках цилиндрического контейнера, вращающегося со скоростью 400 оборотов в минуту. В начале каждого реакторного цикла направленная вниз плазменная пушка впрыскивает вихрь ионизированного дейтерий-тритиевого топлива — “намагниченную мишень”, которая на короткое время превращает вращающийся контейнер с металлической облицовкой в миниатюрный сферический токамак. Затем лес поршней со сжатым воздухом, расположенных снаружи контейнера, выталкивает свинцово-литиевую смесь в воронку, уменьшая ее диаметр с трех метров до 30 сантиметров примерно за пять миллисекунд и повышая температуру плавления дейтерия и трития.
Magnetized target fusion is the 1970s-era name for an approach that amounts to firing a plasma vortex into a metal can, then crushing the can. Shown here is a modern version in which the metal can is replaced by a molten lead-lithium mix that’s held against the sides of a spinning container by centrifugal force. Plasma guns fire vortices of deuterium-tritium plasma into the container’s hollow interior while pistons arrayed around the container’s outside push the lead-lithium mix inwards, crushing the plasma and igniting fusion. The blast pushes the molten lead-lithium mix back out and resets the system./Термоядерный синтез с намагниченной мишенью — это название подхода эпохи 1970-х годов, которое сводится к запуску плазменного вихря в металлическую банку, а затем ее дроблению. Здесь показана современная версия, в которой металлическая банка заменена расплавленной свинцово-литиевой смесью, которая прижимается к стенкам вращающегося контейнера центробежной силой. Плазменные пушки выстреливают вихри дейтерий-тритиевой плазмы в полую внутреннюю часть контейнера, в то время как поршни, расположенные снаружи контейнера, толкают свинцово-литиевую смесь внутрь, раздавливая плазму и воспламеняя термоядерный синтез. Взрыв выталкивает расплавленную свинцово-литиевую смесь обратно наружу и перезагружает систему.
Затем образовавшаяся струя ударит по расплавленной свинцово-литиевой смеси, выталкивая ее обратно к стенкам вращающегося цилиндра и переустанавливая систему для следующего цикла, который начнется примерно секундой позже. Тем временем, в гораздо более медленном масштабе времени, насосы будут стабильно перекачивать расплавленный металл наружу, чтобы теплообменники могли собирать поглощенную термоядерную энергию, а другие системы могли удалять тритий, образующийся в результате взаимодействия нейтронов с литием. Все эти движущиеся части требуют некоторой сложной хореографии, но если все будет работать так, как предполагает моделирование, компания надеется построить полномасштабную электростанцию, работающую на дейтерии и тритии, к 2030-м годам. Можно только гадать, когда (и приведут ли) упомянутые здесь конкретные концепции реакторов к созданию реальных коммерческих электростанций — или первой на рынок выйдет одна из многих альтернативных конструкций реакторов, разрабатываемых другими более чем 40 термоядерными фирмами.
Но мало кто из этих фирм, если вообще кто-либо из них, рассматривает поиск термоядерной энергии либо как скачки, либо как игру с нулевой суммой. Многие из них описывают свое соперничество как ожесточенное, но в основном дружественное — главным образом потому, что в мире, который отчаянно нуждается в любой форме безуглеродной энергии, есть много возможностей для коммерческого успеха нескольких типов термоядерных реакторов.
“Я скажу, что моя идея лучше, чем их идея. Но если вы спросите их, они, вероятно, скажут вам, что их идея лучше моей”, — говорит физик Мишель Лаберж, основатель и главный научный сотрудник General Fusion. “Большинство из этих ребят — серьезные исследователи, и в их схемах нет фундаментального изъяна”. По его словам, реальные шансы на успех повышаются за счет наличия большего количества возможностей. “И нам действительно очень нужен термоядерный синтез на этой планете”.
Примечание редактора: Эта статья была изменена 2 ноября 2023 года, чтобы скорректировать величину сжатия, к которой стремится General Fusion в своем реакторе; она составляет 30 сантиметров, а не 10. Текст также был изменен, чтобы пояснить, что выброс энергии приводит к сбросу намагниченного реактора-мишени.
10.1146/knowable-110123-1
M. Mitchell Waldrop is a freelance journalist based in Washington, DC. His previous stories for Knowable Magazine have covered topics such as green concrete, cosmology and the perils of cash bail./М. Митчелл Уолдроп — журналист-фрилансер, базирующийся в Вашингтоне, округ Колумбия. Его предыдущие статьи для журнала Knowable освещали такие темы, как зеленый бетон, космология и опасности денежного залога.