В США лідирують стартапи, що займаються термоядерним синтезом
Протягом десятиліть людство прагнуло використати енергію зірок для виробництва електроенергії тут, на Землі. І майже стільки ж часу досягнення цієї мети здавалося лише за десятиліття.
Зараз безліч стартапів ближче, ніж будь-коли раніше, і поспішають побудувати термоядерні реактори, здатні виробляти електроенергію в мережу.
Стартапи у сфері термоядерного синтезу залучили понад 10 мільярдів доларів інвестицій, причому понад десяток з них зібрали понад 100 мільйонів доларів . За останній рік було завершено багато великих раундів фінансування, і інвесторів ця галузь приваблює через зростання попиту на енергію з боку центрів обробки даних, а стартапи у сфері термоядерного синтезу наближаються до фінішу.
По суті, термоядерний синтез прагне використовувати енергію, що вивільняється в результаті злиття атомів, для вироблення електроенергії. Людство знає, як зливати атоми, вже десятиліттями, від водневої бомби — прикладу неконтрольованого ядерного синтезу — до безлічі термоядерних пристроїв, побудованих у лабораторіях по всьому світу. Експериментальні термоядерні пристрої змогли контролювати ядерний синтез, і один з них зміг генерувати більше енергії, ніж потрібно для запуску реакції.
Але жоден з них не зміг виробити достатньо надлишку, щоб зробити можливим будівництво електростанції.
Щоб вирішити цю проблему, ф'южн-стартапи випробовують низку різних підходів. Експерти мають різні думки щодо того, які з них мають найбільші шанси на успіх, хоча галузь все ще перебуває на початковій стадії розвитку, тому нічого гарантованого немає.
Ось короткий огляд основних підходів до термоядерної енергетики.
Магнітне обмеження
Магнітне утримання є одним з найпоширеніших методів, що використовує сильні магнітні поля для утримання плазми, суміші перегрітих частинок, що лежить в основі термоядерного пристрою.
Магніти мають бути надзвичайно потужними. Наприклад, Commonwealth Fusion Systems (CFS) збирає магніти, які можуть генерувати магнітні поля в 20 тесла, що приблизно в 13 разів сильніше, ніж у типового апарата МРТ. Щоб впоратися з необхідною кількістю електроенергії, магніти виготовляються з високотемпературних надпровідників, які все ще потрібно охолоджувати до –253˚C (–423˚F) за допомогою рідкого гелію.
Наразі CFS будує демонстраційний пристрій під назвою Sparc у набагато прискореному режимі в Массачусетсі. Компанія очікує ввести його в експлуатацію десь наприкінці 2026 року, і якщо все піде добре, вона розпочне будівництво Arc, своєї промислової електростанції, у Вірджинії у 2027 або 2028 році.
Існує два основних типи термоядерних пристроїв, що використовують магнітне обмеження: токамаки та стеларатори.
Теоретизацію про токамаки вперше висунули радянські вчені в 1950-х роках, і з того часу вони широко вивчаються. Токамаки бувають двох основних форм — пончик з D-подібним профілем та сфера з невеликим отвором посередині. Об'єднаний європейський тор (JET) та ITER — два відомих експериментальних токамаки; JET працював у Великій Британії з 1983 по 2023 рік, тоді як ITER, як очікується, почне роботу у Франції наприкінці 2030-х років.
Британська компанія Tokamak Energy працює над конструкцією сферичного токамака. Її експериментальна машина ST40 зараз проходить модернізацію.
Стеларатори – це інший основний тип пристроїв магнітного утримання. Вони схожі на токамаки тим, що утримують плазму всередині форми, схожої на пончик. Але на відміну від геометричних сторін токамака, стеларатори скручуються та повертаються. Неправильна форма визначається моделюванням поведінки плазми та налаштуванням магнітного поля відповідно до її особливостей, а не примусовим наданням їй правильної форми.
Wendelstein 7-X, великий стеларатор з модульними надпровідними котушками, що експлуатується Інститутом фізики плазми імені Макса Планка, працює в Німеччині з 2015 року. Кілька стартапів також розробляють власні стеларатори, зокрема Proxima Fusion , Renaissance Fusion , Thea Energy та Type One Energy .
Інерційне обмеження
Інший основний підхід до термоядерного синтезу відомий як інерційне утримання, яке стискає паливні таблетки до тих пір, поки атоми всередині них не злиються.
Більшість конструкцій інерційного утримання використовують імпульси лазерного світла для стиснення паливних таблеток. Кілька лазерних променів спрацьовують одночасно, і їхні імпульси світла сходяться на паливній таблетці з усіх кутів одночасно.
Поки що інерційне утримання – єдиний підхід, який подолав віху, відому як наукова точка беззбитковості, яка виникає, коли реакція вивільняє більше енергії, ніж споживає. Ці експерименти проводилися в Національному центрі запалювання (NIF) у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса в Каліфорнії. Примітно, що вимірювання для визначення наукової точки беззбитковості не включають такі речі, як електроенергія, необхідна для живлення експериментальної установки.
Тим не менш, майже десяток стартапів бачать достатньо перспектив в інерційному обмеженні, щоб проектувати реактори на його основі. Focused Energy , Inertia Enterprises , Marvel Fusion та Xcimer — деякі помітні приклади використання лазерів.
Однак є дві компанії, які не використовують лазери: First Light Fusion, яка пропонує використовувати поршні, та Pacific Fusion , яка планує використовувати електромагнітні імпульси замість лазерів.
Більше попереду
Це два основні підходи до термоядерного синтезу, хоча вони не єдині. Незабаром ми додамо більше деталей про альтернативні конструкції, включаючи синтез намагніченої мішені, магнітно-електростатичне обмеження та синтез, каталізований мюонами.