Настольный термояд: маленький аппарат и большой дефицит трития

Термоядерный синтез — реакция, благодаря которой звёзды, в том числе Солнце, производят энергию. Учёные рассчитывают, что однажды этот процесс станет источником чистой и практически неисчерпаемой энергии на Земле. При синтезе не образуются выбросы углекислого газа, необходимое топливо в основном доступно, а реакция не поддерживает себя сама: если установка работает неправильно, процесс просто затухает и останавливается.

Главная трудность — создать на Земле условия, похожие на звёздные, и уместить оборудование для этого на электростанции. Разрабатываются два основных подхода. В одном сверхвысокую температуру и давление создают магнитными полями, в другом — лазерами. На лазерном варианте работает стартап Cambridge Heavy Industries.

По данным TechCrunch, компания пока действует в закрытом режиме из лаборатории при Массачусетском технологическом институте (MIT), но начала рассказывать о своей разработке. Её цель — сделать термоядерный синтез эффективнее и компактнее, чем в традиционных проектах.

Сооснователь и генеральный директор компании Юн Кай называет устройство «крошечным» и настольным: на нём можно быстро проводить эксперименты и дорабатывать конструкцию. В дальнейшем технологию собираются масштабировать. При этом предполагаемая установка должна быть заметно меньше обычных реакторных проектов — ориентировочно размером с два баскетбольных корта, а не с целый комплекс электростанции.

Ключевая особенность разработки — система из двух лазеров. Первый направляет свет на топливный блок концентрическими кольцами. Возникающие ударные волны движутся внутрь и сжимают топливо с ускорением. Затем второй лазер воздействует на волну в точно рассчитанной точке, создавая давление, необходимое для запуска термоядерной реакции.

Замкнутая конструкция, по замыслу разработчиков, сама служит компактной системой подготовки топлива: процессы направлены внутрь. Кроме того, установка использует двумерную, а не трёхмерную схему, поэтому лазерам нужно охватить меньше направлений. Для сравнения: американская установка National Ignition Facility (NIF) сжимает топливные мишени с помощью 192 лазеров, размещённых в трёх измерениях.

Небольшой размер и эффективность позволяют аппарату Cambridge Heavy Industries проводить, по словам компании, 50–80 лазерных импульсов в день. NIF делает лишь несколько таких выстрелов за тот же период. Юн Кай также утверждает, что разработке требуется сравнительно небольшая мощность лазеров. Десятки экспериментов в сутки дают возможность быстро анализировать результаты и менять параметры системы.

Однако есть важное уточнение: настольный аппарат пока не выполняет ту же задачу, что NIF или будущие термоядерные электростанции. Сейчас он предназначен не для выработки электричества, а для производства трития — одного из видов топлива для синтеза. Создание полноценного реактора и электростанции относится к следующим этапам.

Для термоядерного синтеза сталкивают два лёгких атомных ядра. Наиболее перспективной считают пару из дейтерия и трития. Дейтерия достаточно много, а трития — мало. Сейчас значительная часть доступного трития поступает со старых атомных электростанций, работающих на делении ядер; такие станции постепенно выводят из эксплуатации.

В долгосрочной перспективе термоядерные реакторы должны будут производить тритий сами, одновременно вырабатывая электричество. Но первые такие реакторы ожидаются не раньше 2030-х годов. Cambridge Heavy Industries рассчитывает занять промежуток до их появления.

Согласно исследованию, на которое ссылается TechCrunch, к 2054 году общий дефицит трития для отрасли может составить до 28 килограммов (62 фунтов). По нынешним ценам это около 840 миллионов долларов — примерно 631 миллион фунтов или 1,209 миллиарда австралийских долларов. Поэтому производство изотопа может стать прибыльным рынком.

Инвесторы вкладывают средства и в термоядерную энергетику в целом. Но лабораторные реакции синтеза получают уже десятилетиями, а практически вырабатывать электричество таким способом пока не научились: до этого, вероятно, ещё несколько лет. Надёжные поставки трития и более компактные, эффективные установки могли бы ускорить путь к энергетике нового типа. Именно на это рассчитывает Cambridge Heavy Industries. Если технологию удастся развить в ближайшие годы, она может заметно повлиять на производство и снабжение энергией.