Уже багато десятиліть людство намагається використати енергію, подібну до тієї, що живить зорі, для виробництва електроенергії на Землі. Досі вважалося, що досягнення цієї мети залишається справою майбутнього, але низка інноваційних стартапів сьогодні як ніколи близькі до створення термоядерних реакторів, здатних постачати електроенергію до мережі.
Про це розповідає ProIT
Інвестиції у термоядерні стартапи та зростання попиту
За останні роки стартапи у сфері термоядерної енергетики залучили понад 10 мільярдів доларів інвестицій, причому понад десять компаній отримали понад 100 мільйонів доларів кожна. Значні обсяги фінансування пояснюються зростаючим попитом на енергію, зокрема через розвиток дата-центрів, а також дедалі більшою технологічною зрілістю стартапів, які наближаються до комерційного запуску.
Суть термоядерної енергетики полягає у використанні енергії, що виділяється під час злиття атомів, для генерації електрики. Людство вже давно має уявлення про ядерний синтез, зокрема у вигляді водневої бомби — прикладу неконтрольованої реакції, а також численних лабораторних експериментів зі створення контрольованого синтезу. Деякі експериментальні установки вже змогли отримати більше енергії, ніж витрачено на запуск реакції, але жодна досі не досягла надлишку, необхідного для роботи електростанції.
“Fusion startups have drawn more than $10 billion in investment, with more than a dozen raising over $100 million. Many large funding rounds have closed in the last year, with investors drawn to the industry as energy demand from data centers ramps up and as fusion startups draw closer to the finish line.”
Компанії-розробники термоядерних реакторів застосовують різні підходи до вирішення цієї задачі. Експерти висловлюють різні думки щодо найперспективніших технологій, адже галузь перебуває на ранній стадії розвитку, і гарантій успіху поки немає.
Магнітне утримання та інерційне стиснення: провідні технології
Магнітне утримання — один із найрозповсюдженіших методів, який полягає у використанні потужних магнітних полів для втримання плазми — надгарячої суміші заряджених частинок. Магніти, які застосовують у сучасних проєктах, мають бути надзвичайно сильними. Наприклад, компанія Commonwealth Fusion Systems (CFS) створює магніти, здатні генерувати магнітне поле у 20 тесла, що у 13 разів перевищує потужність типового МРТ. Для цього використовуються високотемпературні надпровідники, які охолоджують рідким гелієм до –253°C.
Наразі CFS будує демонстраційний пристрій Sparc у Массачусетсі, який планують запустити наприкінці 2026 року. Якщо тестування буде успішним, компанія розпочне будівництво комерційної електростанції Arc у Вірджинії вже у 2027 чи 2028 роках.
Існує два основних типи термоядерних пристроїв на основі магнітного утримання: токамаки та стеларатори. Токамаки вперше були запропоновані радянськими вченими у 1950-х роках, і відтоді їх активно досліджують. Вони мають форму тора (бублика) або сферичного тора. Серед відомих експериментальних токамаків — Joint European Torus (JET), що працював у Великій Британії з 1983 до 2023 року, та ITER, запуск якого у Франції заплановано на кінець 2030-х років. Британська компанія Tokamak Energy розробляє сферичний токамак ST40, який нині модернізують.
Стеларатори — інший тип магнітних установок. Вони також утримують плазму у формі тора, але мають складну, викривлену структуру, яку розраховують, враховуючи поведінку плазми. Один із найвідоміших стелараторів — Wendelstein 7-X, що працює з 2015 року у Німеччині. Декілька стартапів, зокрема Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy та Type One Energy, також розробляють власні моделі стелараторів.
Другий провідний метод — інерційне стиснення, коли паливні капсули стискають до стану, коли їхні атоми зливаються. У більшості випадків для цього використовують імпульси лазерного світла, які одночасно з усіх боків спрямовують на капсулу з паливом. Цей підхід дозволив вперше досягти так званого «наукового паритету» — коли виділена енергія перевищила витрачену на запуск реакції. Важливо, що при підрахунку не враховують енергію, необхідну для роботи всієї лабораторії. Такі експерименти проводяться на Національній установці запалювання (NIF) у Ліверморській національній лабораторії у Каліфорнії.
Близько десятка стартапів розробляють термоядерні реактори на основі інерційного стиснення, серед них Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion та Xcimer, які використовують лазери. Є й компанії, що експериментують з іншими технологіями: First Light Fusion пропонує використовувати поршні, а Pacific Fusion — електромагнітні імпульси замість лазерів.
Нові підходи та перспективи розвитку
Хоча магнітне утримання та інерційне стиснення залишаються домінуючими підходами, розробники досліджують і альтернативні технології. Незабаром з’явиться більше інформації про такі методи, як магнітно-мішенева термоядерна реакція, магнітоелектростатичне утримання та мюонний каталіз.