Недавно все, кто интересуется ядерной энергетикой, обратили внимание на любопытную новость. Американская компания General Atomics (GA) объявила о новой концепции экспериментальной термоядерной установки (FPP) для получения чистой, безопасной и экономически конкурентоспособной термоядерной энергии. Пресс-релиз корпорации составлен так, что можно подумать, как будто они вот-вот создадут наконец-то действующий, экономичный и готовый к промышленной эксплуатации термоядерный реактор, что, разумеется, будет настоящей сенсацией. Учитывая отсутствие подробностей, трудно дать однозначную оценку проекту. Однако эта новость вписывается в общую информационную волну последнего года. Многие страны, к которым подключились уже довольно крупные частные компании, выступают со схожими заявлениями. Накопленный за 70 лет существования термоядерных исследований багаж разработок делает эти проекты вполне реальными.
На 2025 год — то есть уже достаточно скоро — запланировано окончание строительства Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР (изначально — от International Thermonuclear Experimental Reactor. — «Известия») во Франции. Этот проект появился в 1990-х годах, и еще недавно высказывалось много скепсиса, что ИТЭР вечно будет строиться и никогда не построится. Но сейчас мы вплотную подошли к тому, что очень скоро станем свидетелями его пуска — и у большинства специалистов нет сомнений, что реактор сможет достичь запланированных результатов.
Сегодня мы наблюдаем успехи на многих экспериментальных установках. Так, например, на токамаке JET (от от Joint European Torus — Объединенный европейский токамак. — «Известия») в Великобритании был поставлен рекорд по выходу термоядерной энергии. На токамаке EAST (от International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор. — «Известия») в Китае — рекорд по времени удержания плазмы — 1000 секунд. При этом перед ИТЭР поставлен показатель только в 400 секунд. Неплохие результаты удержания плазмы были получены на токамаке KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research — Корейский сверхпроводящий токамак передовых исследований. — «Известия») в Южной Корее. ИТЭР, когда он будет запущен, должен продемонстрировать одновременно хорошие показатели и по выходу энергии, и по времени горения плазмы. И сейчас уже есть уверенность, что это должно получиться. Поскольку победа кажется близкой, все ведущие страны мира осознают, что нужно вести собственные, национальные исследования, направленные на создание промышленного реактора. Именно с этим связана волна анонсов различных проектов, свидетельствующих, что все страны включаются в «термоядерную гонку».
В последние десятилетия в термоядерной энергетике появились и новые, перспективные решения. В основе практически всех проектируемых сегодня установок лежит идея удержания горящей плазмы с помощью магнитного поля. Использование катушек из сверхпроводников привело к рекордным параметрам удержания плазмы. В проекте ИТЭР, разработанном еще четверть века назад, используются низкотемпературные сверхпроводники. Но сегодня одна из самых модных идей в этой сфере — использование в термоядерных реакторах высокотемпературных сверхпроводников, обеспечивающих еще более мощное магнитное поле.
На высокотемпературных сверхпроводниках базируется проект английской частной компании Tokamak Energy, которая анонсировала создание действующей промышленной установки к 2040 году. В США эту идея используют в проекте SPARC. В российской термоядерной программе, стартовавшей в 2021 году, такую технологию реализуют в рамках проекта создания так называемого токамака с реакторными технологиями ТРТ (Токамак с реакторными технологиями) в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований.
Важный вопрос — выбор материала, из которого будет выполнена внутренняя стенка реактора, — та, которая обращена к разогретой плазме и должна выдерживать экстремальные нагрузки максимально долго. В ИТЭР максимально нагруженные области стенки покрыты вольфрамом, но для будущих реакторов активно разрабатывают новые сплавы и композитные материалы на его основе, которые делают поверхности реактора менее уязвимыми. В российской термоядерной программе прорабатывают весьма перспективную идею возобновляемой стенки реактора с использованием жидкого лития. Это инновационное решение позволяет не только увеличивать срок службы стенки реактора, но делать плазму более стабильной и повышать эффективность генерации энергии.
Мы видим и накопление инноваций, и постепенное увеличение количества проектов. Поэтому я уверен, что промышленный термоядерный реактор будет создан. Главная сложность — в том, чтобы он был экономически конкурентоспособен. Не надо ждать, что такая технология быстро вытеснит все остальные. Обычная ядерная энергетика существует уже много десятилетий и существует она потому, что огромные инвестиции были вложены в ее инфраструктуру и во все элементы производственного цикла — от добычи сырья до утилизации топлива. Серьезных инвестиций потребует и термоядерная энергетика. А до того она, скорее всего, будет достаточно дорогим удовольствием.
Автор — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ
Позиция редакции может не совпадать с мнением автора
