Несбыточная мечта физиков о бесконечной энергии близка к осуществлению?

Несбыточная мечта физиков всего мира, управляемый термоядерный синтез, возможно, близка к осуществлению. Во всяком случае, таковы ожидания инвесторов сразу нескольких частных компаний, неожиданно включившихся в погоню за «энергетическим Граалем» человечества.

Фото из открытых источников

«Прирученный» ядерный синтез, который повторял бы протекающие внутри Солнца процессы, способен дать планете практически неисчерпаемый источник энергии. При этом она была бы абсолютно безопасной, в отличие от реакции распада в реакторах АЭС, и совершенно чистой, с нулевыми выбросами парниковых газов. Есть лишь одна проблема: «термояд» до последнего времени оставался предметом не очень-то удачных экспериментов ученых.

В силу целого ряда причин такие эксперименты — не говоря уже о командах людей, которые их проводят, — требуют колоссальных вложений, потянуть которые способны, да и то сообща, лишь ведущие государства мира. Частный бизнес, всегда так или иначе ориентированный на прибыль, десятилетия обходил «термояд» стороной: долго, дорого, бесперспективно.

Тем любопытнее, что недавно как минимум три американские частные компании: Helion Energy, Commonwealth Fusion Systems и TAE Technologies — объявили о привлечении миллиардных инвестиций в собственные термоядерные проекты. И более того, анонсировали коммерческую отдачу от них уже в 2024, 2025 и 2030 годах, соответственно.

Что это, очередная приманка ушлых коммерсантов, решивших «монетизировать» веру миллионов простаков в научный прогресс? Или перед нами — действительно знак того, что всего через несколько лет мировая энергетика, а с ней и все человечество, изменятся до неузнаваемости?

Зажечь звезду

Разберемся «на пальцах», не вдаваясь в физические формулы, что же такое управляемый термоядерный синтез и почему он до сих пор недостижим.

Из самого слова «синтез» можно понять, что речь идет о слиянии — а именно, об объединении двух легких атомных ядер в одно более тяжелое ядро. При этом выделяется значительное количество тепла, которое можно приспособить, чтобы кипятить им воду, вращать турбину и давать ток.

Топливом для такой реакции может служить самое распространенное химическое вещество во Вселенной — водород. Основная сложность в том, что для слияния ядер (например, изотопов водорода, дейтерия и трития, превращающихся в гелий) их нужно сблизить на достаточное расстояние, преодолев силу отталкивания. Это можно сделать, лишь как следует разогнав ядра — разогрев их до состояния плазмы. А затем удержав эту плазму в стабильном состоянии.

По сути дела, речь идет о том, чтобы зажечь на Земле маленькую звезду. Пока лучшая попытка — 101 секунда при 120 млн градусов Цельсия: такого результата несколько месяцев назад добились китайцы. Данная температура более чем достаточна, чтобы синтез стал самоподдерживающимся (в ядре Солнца, для сравнения, — 15 млн градусов). Но менее трех минут жизни плазмы — этого, конечно, недостаточно.

Сперва советские ученые, а затем их коллеги по всему миру пришли к выводу, что удерживать плазму перспективнее всего с помощью магнитного поля. Для этого стали строить токамаки — своего рода «магнитные ловушки» плазмы. Первые токамаки появились в СССР, и сегодня их на планете уже около 300.

Самым амбициозным проектом токамака в мире считается Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER) на юго-востоке Франции, объединивший усилия ученых и конструкторов из ЕС, России, США, Китая, Индии, Японии и Южной Кореи. Реактор планируется построить к 2025 году, чтобы спустя еще несколько лет выйти на первый «полезный результат» — передав плазме 50 МВт, получить из нее 500 МВт в течение 400-600 секунд.

Стоит это десятиминутное удовольствие не менее 20 млрд евро. Такова примерная цена усилий всех стран-участниц, которые строят ITER «по кирпичикам», отвечая каждая за свой блок. Неудивительно, что проект тянется с середины 1980-х годов, а ввод реактора в строй неоднократно откладывался.

SpaceX или Роснано?

На этом фоне как гром среди ясного неба выглядит новость из американского штата Вашингтон. Базирующаяся там частная компания Helion Energy смогла привлечь 500 млн долларов инвестиций и получит дополнительно 1,7 млрд при достижении следующего порога эффективности.

Несколько месяцев назад ее термоядерный реактор Trenta достиг температурного порога в 100 млн градусов — и впервые это произошло на частные деньги. Руководство компании заявляет, что всего через три года сможет выдать первую чистую положительную энергию — то есть получить на выходе больше мегаватт, чем будет затрачено на входе.

Аналогичные цели преследуют две другие частные фирмы из США — TAE Technologies (Калифорния) и Commonwealth Fusion Systems (при Массачусетском технологическом институте). Первой из них еще в апреле удалось собрать почти 1 млрд долларов под объявление о том, что к 2030 году ее реакторы смогут производить стабильную плазму при 50 млн градусов. Вторая аккумулировала еще больше частных средств, 1,8 млрд долларов, после того как она смогла продемонстрировать новый сверхпроводящий магнит, создающий магнитное поле с рекордной индукцией 20 Тесла. Свой токамак SPARC Commonwealth Fusion Systems планирует достроить к 2025 году.

Здесь следует отметить как минимум два момента.

Все перечисленные проекты не очень сильно похожи на «лохотрон», с которым в последнее время частенько ассоциируется слово «стартап». За каждым из проектов стоит труд серьезных ученых и разработчиков, а главное — конкретные результаты. И это вовсе не «по-иному загнутые уголки» у смартфона, а вполне реальные научно-технические достижения.

А второй момент связан с деньгами — точнее, с именами спонсоров. Достаточно сказать, что Helion Energy еще несколько лет назад удостоилась контракта от Агентства передовых исследований в области энергетики США (ARPA-E), ее финансируют НАСА, Пентагон и американское Минэнерго. Среди спонсоров Commonwealth Fusion Systems — Билл Гейтс и аналогичные «зубры». Что касается TAE Technologies, то ее финансирование шло главным образом по линии Goldman Sachs, а в 2012 году в нее инвестировал наш Роснанотех (а Анатолий Чубайс даже вошел в совет директоров компании).

И хотя последнее соображение у многих вызовет скорее скепсис, все же три названные частные фирмы больше смахивают на SpaceX Илона Маска, чем на заведомое мошенничество вроде проекта Theranos Элизабет Холмс. А это значит, что у них может получиться.

Все это особенно актуально на фоне ужесточения климатической риторики со стороны «коллективного Запада» и его очевидных, хотя и малоуспешных попыток развивать альтернативную энергетику. С большой долей уверенности можно говорить о том, что сперва нефть, а затем и газ на Земле когда-нибудь все-таки закончатся — не исключено, что уже в XXI веке. Если к тому времени «зеленые» технологии не будут доработаны до приемлемой эффективности, то единственным серьезным источником света и тепла для человечества останется «мирный атом».

И тут уж, чтобы не сгинуть в мировом Чернобыле, всем серьезным мировым игрокам волей-неволей придется зажечь по маленькой звезде.