Термоядерная энергетика: что это такое, зачем в нее вкладываются
В 2023 году Германия, Япония и Великобритания запустили новые программы поддержки термоядерной энергетики, а власти США утвердили рекордный объем финансирования ($1,5 млрд) разработок в этой сфере на 2024-й. В Ассоциации термоядерной промышленности (Fusion Industry Association, FIA) отмечают, что всплеск интереса развитых стран к индустрии приближает мир к созданию «бесконечного» источника энергии.
В 2023 году только в частную термоядерную индустрию вложили $6,21 млрд — на $1,4 млрд больше, чем в 2022-м. А число стартапов в этой сфере за минувший год выросло на треть — до 43. Среди инвесторов — крупнейшие энергетические компании (итальянская Eni, американская Chevron, норвежская Equinor и др.), а также предприниматели Билл Гейтс и Джефф Безос.
Один грамм термоядерного топлива энергетически эквивалентен 10 тыс. литров бензина. Кроме того, этот вид топлива считается «экологически чистым»: единственные отходы термоядерного синтеза — отслужившие свой срок оболочки реакторов.
Термоядерный синтез необходим для экологичного производства электроэнергии. Если вы сжигаете 1 кг дров, то получаете 10–15 мегаджоулей, бензина или газа — 40–50 мегаджоулей. А из килограмма термоядерного горючего вы получите сотни миллионов мегаджоулей.
Виктор Ильгисонис
директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома»
Сколько в мире экспериментальных термоядерных установок
Ученые работают над термоядерным синтезом уже почти 80 лет: они пытаются повторить реакцию, которая происходит в недрах звезд. Поэтому термоядерные установки часто называют «искусственным солнцем».
Чтобы произошла реакция, нам надо очень сильно сблизить два ядра (ученые используют атомы водорода дейтерий и тритий. — Прим. ред.), в результате чего произойдет ядерная реакция и выделится энергия. Для этого надо нагреть их до большой температуры, в сотни миллионов градусов.
Виктор Ильгисонис
директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома»
В результате нагревания получается плазма, которую удерживают в камере, по форме напоминающей бублик (тора). Плазма не должна касаться стенок, иначе они мгновенно расплавятся. Установки, в которых протекают такие реакции, — токамаки — изобрели в СССР еще в 1954 году. Ученые научились создавать плазму в лабораторных условиях, но удерживать реакцию пока удавалось лишь не больше минуты. Кроме того, на разогрев плазмы по-прежнему тратится больше энергии, чем производит термоядерная установка.
Сегодня в мире действуют 99 экспериментальных термоядерных установок — преимущественно в России, Китае, Японии и США. Строятся еще 13 установок, а 33 — находятся на этапе планирования. Большинство из них — токамаки. Еще одну технологию — использование лазеров для нагрева топлива — тестируют в США и Японии, при этом в России ее считают недостаточно эффективной.
С 2021 по 2023 год на развитие термоядерной энергетики в России из федерального бюджета выделили 78 млрд рублей, «Росатом» вложил еще 300 млрд рублей. Самый масштабный проект — строительство токамака в Троицке: он станет прототипом первого в России промышленного термоядерного реактора. Плазма в нем сможет нагреваться до 150 млн градусов Цельсия — в 10 раз больше, чем в центре Солнца. Стоимость реализации проекта оценивается в 130 млрд рублей.
Мы должны сосредоточиться на новых разработках, до которых пока еще не дошли руки у зарубежных ученых, но которые представляются нам важными и перспективными. Собственно, так было всегда. Именно наши ученые создали первые токамаки и доказали их эффективность, после чего весь мир стал развивать эту технологию. Статус российских ученых в области термояда высокий. Мы в состоянии обеспечить себе лидерство и в дальнейшем.
Виктор Ильгисонис
директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома»
Когда появится первый термоядерный реактор
Большинство частных компаний рассчитывают запустить коммерческое производство термоядерной энергии в середине 2030-х годов, следует из отчета FIA. Однако аналитики Ассоциации термоядерной промышленности считают такие оценки нереалистичными. Эксперты, опрошенные «Коммерсантом», предполагают, что запуск первого термоядерного реактора состоится в 2070–2080 годах. Но есть и более оптимистичные прогнозы.
Мы надеемся на то, что на рубеже 2050 года в России появится [первый] еще не сильно экономически привлекательный, но уже коммерческий термояд.
Алексей Лихачев
глава «Росатома»
В то же время запуск самого крупного и известного в мире Международного термоядерного экспериментального реактора (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) постоянно откладывается: его строительство началось в 2010 году на юге Франции. Недавно в ITER заявили, что в 2025 году запустить установку не получится, а финансирование проекта придется пересмотреть. Изначально предполагалось, что ITER будет стоить около $5 млрд, но бюджет уже превысил $22 млрд.
Над реактором работают Россия, Китай, США, Южная Корея, Индия, Япония и ЕС.
Это нормально для столь крупного уникального объекта. Технические трудности возникали и раньше. Причина возможного переноса прежде всего не в критических дефектах, а в том, что ученые хотят расширить научную программу. Значит, подготовка к испытательному запуску займет больше времени.
Анатолий Красильников
глава
Фото обложки: Marharyta Marko