Термоядерный синтез находится на пороге прорыва благодаря усилиям частных компаний. По мнению экспертов, сферу ядерной энергетики ожидает такая же трансформация, как космическую отрасль. Новое поколение стартапов обещает устроить тот прорыв, который так и не удалось совершить госкорпорациям. Помочь им в этом должны новые технологии — мощные вычислительные системы, алгоритмы и 3D-печать.
Время для прорыва
Проектами по изучению энергии термоядерного синтеза долгие годы заведовали государственные предприятия. Исследования обходились дорого, но к прорыву в энергетике они так и не привели. Молодые стартапы обещают пойти другим путем. Они намерены не только совершить рывок, но и вывести технологию на рынок.
«Мы готовы повторить успех SpaceX», — отметил глава компании General Fusion Кристофер Моури в комментарии NBC News.
Он считает, что в сфере термоядерного синтеза, как и в космической отрасли, долгое время доминировали госкорпорации, но теперь настала пора их потеснить.
Такой подход не мешает General Fusion и другим новичкам использовать государственные разработки. «Частники опираются на десятилетия правительственных исследований», — утверждает исполнительный директор Fusion Industry Association (США) Эндрю Холланд.
Другой проект — Commonwealth Fusion Systems — основан специалистами из Массачусетского технологического института (США). Команда проекта работает над экспериментальной компактной установкой, которая позволит обеспечить энергией 75 тыс. домов.
Уже в этом году компания First Light Fusion планирует показать рабочий реактор термоядерного синтеза. Ожидается, что к 2024 году он сможет вырабатывать больше энергии, чем нужно для запуска реакции, а значит, подойдет для коммерческого применения.
Неиссякаемая энергия
Реакция термоядерного синтеза может повлечь за собой революцию в области энергетики. С ее помощью можно будет выработать колоссальное количество электроэнергии без существенного вреда для окружающей среды. В отличие от традиционных угольных станций, установки на основе термоядерного синтеза не производят парниковых выбросов. В качестве побочного продукта они вырабатывают только гелий, которому также можно найти коммерческое применение.
Однако пока никому так и не удалось разработать методику, которая приносила бы выгоду и позволяла воспользоваться преимуществами технологии. Но скоро ситуация изменится. Стартапы обещают построить первую термоядерную станцию для коммерческого применения уже в 2020-е годы.
Главная проблема — это поддержание устойчивой термоядерной реакции в течение продолжительного времени.
Наибольших успехов в этой области добились британские исследователи, которые проводили эксперименты на установке ДЖЭТ (Joint European Torus — Объединенный европейский токамак). На ее строительство ушло около $438 млн.
Другой европейский проект — Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР) — пока еще строится, и, по некоторым оценкам, он обойдется в $14 млрд. Ожидается, что его средняя термоядерная мощность за один импульс составит 500 МВт.
Управлять плазмой будет ИИ
Обе системы — и ДЖЭТ, и ITER — относятся к крупномасштабным проектам. Британская установка размещена на площадке, которая по размеру сопоставима с гипермаркетом. А ITER после завершения строительства по площади можно будет сравнить с крупным торговым центром.
Молодые компании планируют пойти другим путем — они собираются строить небольшие испытательные комплексы размером с теннисный корт. Это поможет сократить затраты, но добиться примерно тех же результатов.
Стартапы надеются, что достичь цели им помогут новые технологии. К примеру, 3D-печать позволит быстро и дешево печатать необходимые детали, а системы цифрового управления помогут эффективнее управлять процессами. Ученые также применяют машинное обучение для контроля за удержанием плазмы.
К 2040 году вырабатывать энергию термоядерного синтеза обещает и Китай. Строительство реактора начнется уже через 5 лет, а еще через 10 лет инженеры обещают сконструировать первый генератор.
