Энергия будущего: почему инвесторы поверили в термоядерный синтез

Можно ли кардинально решить энергетический вопрос на планете Земля, обеспечив человечество дешевым и безопасным топливом? Уже 70 лет ученые знают ответ: можно, если овладеть управляемым термоядерным синтезом. Долгое время главным проектом в этой области оставался международный реактор ИТЭР. Но теперь ситуация изменилась: в термоядерную науку пришел частный бизнес. За считанные годы человечество заметно приблизилось к тому, чтобы получить коммерчески выгодную реакцию. Как только это произойдет, термоядерная гонка, в которой участвует и Россия, обострится до предела.

Почему бизнес заинтересовался термоядом

В первую очередь потому, что появились новые технологии, облегчающие проведение реакций синтеза. Прежде всего высокотемпературные сверхпроводящие магниты (ВТСП), благодаря которым можно быстрее и дешевле строить экспериментальные установки с магнитным зажиганием плазмы – токамаки. Во-вторых, сложился спрос на технологии энергоперехода: тревожные темпы изменения климата активизировали поиски экологичных источников энергии.

В результате сфера, в которой раньше неспешно и методично трудились научные институты, меняется на глазах.

«Это началось в последние годы, – рассказывает «Профилю» директор учреждения госкорпорации «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Анатолий Красильников. – Заинтересованность инвесторов привела к тому, что целый ряд частных компаний на Западе начинает сооружать прототипы реакторов. Время становится важным фактором для всех, ведь частный бизнес привык быстро решать проблемы. И когда называются сроки, мол, уже через 3–4 года будет готов реактор, это подстегивает ИТЭР и национальные проекты. Все думают: а мы-то что у себя построим?»

Чем занимаются термоядерные стартапы

Самый многообещающий проект – Commonwealth Fusion Systems, основанный на базе Массачусетского технологического института (МТИ), – привлек $1,8 млрд инвестиций, в том числе от Google и Билла Гейтса. Он создает компактный ВТСП-токамак (в прошлом году были продемонстрированы самые мощные магниты в истории с индукцией 20 тесла), на 2025 год запланирована «коммерчески значимая» реакция синтеза, на начало 2030-х – строительство термоядерной электростанции ARC.

«Они взяли наработки ИТЭР и соединили их с передовыми достижениями XXI века, – объясняет «Профилю» футуролог, председатель совета директоров ГК «Русские инвестиции» Кирилл Игнатьев. – Участие МТИ гарантирует качественную работу с научными инвестфондами. Фактически получается ИТЭР-2, более дешевый и с современной магнитной основой».

Усилиями частных компаний расширяется арсенал методов получения реакции синтеза. Корпорация EMC2 Inc. разработала высоковольтную сетку для захвата и сближений ионов в плазме (технология polywell).

Стартап Helion Energy, вышедший из стен одной из американских федеральных лабораторий, преобразует в электричество высокоэнергетические альфа-частицы (aneutronic fusion).

Канадский проект General Fusion, поддерживаемый миллиардером Джеффом Безосом и договорившийся о строительстве демонстрационного реактора в Великобритании к 2025 году, применяет метод MTF, при котором в качестве топлива используется литиево-свинцовая смесь.

TAE Technologies тоже отказалась от стандартного топлива термоядерных реакторов – дейтериево-тритиевой смеси (дейтерий и тритий – изотопы водорода). Компания планирует использовать топливо из водорода и бора-11. Кстати, идеолог коммерческого космоса Илон Маск не питает энтузиазма по отношению к термояду: «Думаю, современные атомные электростанции безопасны, вопреки тому, что думают люди. Я говорю о делении. Вам не нужен синтез».

Впрочем, у такого мнения есть контраргументы. Термоядерный реактор безвреднее атомного: он в принципе не может взорваться, поскольку при нарушении герметичности защитных оболочек реакция затухает сама собой. Нет и опасных отходов: да, тритий обладает радиоактивностью, но она ничтожно мала (по сравнению, например, с плутонием), а в работающем реакторе находится всего несколько граммов этого изотопа.

«С учетом экологических и политических соображений, отказа многих стран от ядерных программ атомная энергетика не может стать универсальным энергетическим базисом, – утверждает руководитель пресс-службы «Проектного центра ИТЭР» Александр Петров. – Также не покроют нашу потребность в энергии солнечные и ветровые электростанции, поскольку их эффективность сильно привязана к локации. Человеку нужен мощный, практически неисчерпаемый источник энергии, который можно построить где угодно. Сегодня и завтра атомная энергетика незаменима, но потом на ее место должна встать энергия термоядерного синтеза. И если не заниматься ей сейчас, то счастливое энергетическое послезавтра может не настать».

Традиционные ВИЭ и термояд будут дополнять друг друга в энергосетях, считает Александр Китаев. «Вначале термоядерные станции будут громоздкими – ими будет выгодно питать большой город или промышленный кластер, – говорит инвестор. – Там же, где надо обеспечить один коттедж, проще тут же развернуть солнечные батареи. Одним словом, еще предстоит понять, как ядерный синтез интегрируется в экономику и наш образ жизни».

По мнению экспертов, есть как минимум одна сфера, где новый источник энергии точно придется ко двору, – это космос. Неслучайно NASA спонсирует термоядерные стартапы, планирующие построить компактный реактор, – TAE Technologies и Helion Energy. «Пока нет термоядерной энергии, о межпланетных перелетах и заселении Марса говорить бессмысленно, – уверен Китаев. – Впрочем, дело не только в них. Через освоение термояда мы можем приблизиться к «новой физике», объяснению черных дыр и воссозданию гравитации. И это будет уже совсем другая история».

Какое место в термоядерной гонке занимает Россия

В наше время Россия является не лидером, но одним из ключевых игроков в сфере термоядерных исследований (наряду с США, Великобританией, Китаем, Францией и Канадой). В нашей стране работают компактные токамаки Т-15МД (модернизированный Т-15 советских времен) и Глобус-М2. Участие в ИТЭР тоже пошло на пользу, став поводом для создания российской сверхпроводниковой промышленности. И не только ее: по подсчетам Анатолия Красильникова, по всей стране в рамках проекта ИТЭР образованы 64 научных и промышленных центра – создание беррилиевой первой стенки, алмазных детекторов, ИТ-инфраструктур и многое другое.

Термоядерная установка «Токамак» Института атомной энергии имени И.В. Курчатова, 1971 год Тункель / РИА Новости

Помимо этого, до 2024 года действует федеральная программа по развитию технологий управляемого термоядерного синтеза (ожидается ее продление до 2030-го). В ней предусмотрено сооружение токамака с реакторными технологиями (ТRТ), использующего экспериментальную базу, которая была создана еще в 1980-е годы в подмосковном центре «Тринити» для реактора с сильным магнитным полем.

«В TRT электромагнитная система будет состоять из высокотемпературных сверхпроводящих магнитов, – отмечает Красильников. – К счастью, у нас в стране находится мировой лидер по ВТСП – компания «СуперОкс». Прототип катушки для американского стартапа Commonwealth Fusion Systems, по моим данным, изготовлен из сверхпроводников этой компании. Поэтому мы уверены, что здесь у нас может быть успех. Ведь у американцев с этим сверхпроводником уже прошли успешные испытания. Кроме того, наличие готовой базы позволит сэкономить на строительстве».

Есть и проект в области лазерного зажигания: в Российском федеральном ядерном центре (РФЯЦ, город Саров) достраивается установка УФЛ-2М, создание которой тоже началось в конце 1980-х. Ее первый модуль был запущен в 2020 году. Итоговые параметры выглядят амбициозно: как и в американском центре NIF, капсулу будут облучать 192 лазерных луча, но их совокупная мощность окажется в полтора раза выше.

Правда, как показывает американский и французский опыт, мощность в таких установках не так важна, как идеальная точность работы лазеров: в заграничных опытах первого лазерного зажигания плазмы добивались годами. Но в РФЯЦ утверждают, что именно учет зарубежного опыта позволит России быстрее выйти на нужные результаты.