Термоядерный синтез: стартапы приближаются к созданию реакторов
Термоядерный синтез: путь к новой энергетике
На протяжении десятилетий человечество стремится использовать энергию звёзд для выработки электричества на Земле. Сегодня стартапы как никогда близки к созданию термоядерных реакторов, способных подавать энергию в сеть.
Инвестиции в стартапы, занимающиеся термоядерным синтезом, превысили 10 миллиардов долларов. Более десятка компаний привлекли свыше 100 миллионов долларов. Рост финансирования связан с увеличением спроса на энергию со стороны дата-центров и прогрессом в разработке реакторов.
Как работает термоядерный синтез
Термоядерная энергетика использует энергию, выделяющуюся при слиянии атомов. Люди умеют осуществлять слияние атомов уже несколько десятилетий — от водородной бомбы (пример неконтролируемого термоядерного синтеза) до многочисленных экспериментальных устройств в лабораториях по всему миру.
Экспериментальные установки смогли контролировать термоядерный синтез, и одна из них даже выработала больше энергии, чем потребовалось для запуска реакции. Однако ни одна из них пока не смогла произвести достаточно избыточной энергии для создания электростанции.
Основные подходы к термоядерному синтезу
Магнитное удержание плазмы
Один из наиболее распространённых методов — использование мощных магнитных полей для удержания плазмы, сверхнагретой смеси частиц, лежащей в основе термоядерного устройства.
Например, компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) создаёт магниты, способные генерировать магнитные поля напряжённостью 20 тесла — это примерно в 13 раз сильнее, чем у типичного аппарата МРТ. Для работы магниты изготавливаются из высокотемпературных сверхпроводников, которые необходимо охлаждать до –253 °C с помощью жидкого гелия.
CFS строит демонстрационное устройство Sparc в Массачусетсе. Компания планирует запустить его в конце 2026 года, а в случае успеха начнёт строительство коммерческой электростанции Arc в Вирджинии в 2027–2028 годах.
- Токамаки — устройства, впервые предложенные советскими учёными в 1950-х годах. Имеют две основные формы: в виде бублика с D-образным профилем и в виде сферы с небольшим отверстием посередине. Примеры: Joint European Torus (JET) (работал в Великобритании с 1983 по 2023 год) и ITER (планируется к запуску во Франции в конце 2030-х годов).
- Стеллараторы — устройства, похожие на токамаки, но с более сложной формой, которая определяется моделированием поведения плазмы. Пример: Wendelstein 7-X, работающий в Германии с 2015 года под управлением Института физики плазмы Макса Планка. Среди стартапов, разрабатывающих стеллараторы, — Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy и Type One Energy.
Инерционное удержание
Другой основной подход — инерционное удержание, при котором топливные гранулы сжимаются до слияния атомов. Большинство конструкций используют импульсы лазерного света для сжатия топливных гранул.
На данный момент инерционное удержание — единственный подход, который достиг так называемого научного равновесия (scientific breakeven), когда реакция выделяет больше энергии, чем потребляет. Эти эксперименты проводились в National Ignition Facility (NIF) в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии.
Около десятка стартапов разрабатывают реакторы на основе инерционного удержания, среди них: Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion и Xcimer (используют лазеры), а также First Light Fusion (предлагает использовать поршни) и Pacific Fusion (планирует использовать электромагнитные импульсы).
Перспективы
Это два основных подхода к термоядерной энергетике, но не единственные. В будущем появятся подробности об альтернативных проектах, включая синтез с магнитным удержанием мишени, магнитно-электростатическое удержание и мюонно-катализируемый синтез.