В мире термоядерного синтеза постоянно ходят шутки, и не зря: исследователи десятилетиями обещают безграничную чистую энергию, заявляя о скором появлении коммерческих реакторов. Пока что это оставалось лишь обещаниями.
Поэтому, когда в новостных циклах о синтезе говорят о «прорыве», многие относятся к этому с понятным скептицизмом. Однако сейчас мы действительно входим в такой цикл: национальная лаборатория достигла важной исследовательской вехи, проведя реакцию, которая выделила больше энергии, чем было затрачено лазерами для её запуска. Давайте разберемся в этом анонсе, который вызвал очередной виток ажиотажа вокруг термоядерного синтеза, что это значит и какие выводы следует сделать.
Что такое термоядерная энергия и почему вокруг нее такой ажиотаж?
Если говорить кратко, реакции синтеза генерируют энергию путем столкновения атомов до их слияния, при этом высвобождается энергия. (Ядро Солнца работает на ядерном синтезе, так что, в некотором смысле, солнечная энергия — это косвенная форма энергии синтеза?).
Термоядерный синтез может стать новым, безуглеродным источником энергии для энергосистем. Учитывая мощность таких реакций, технология потенциально может использовать очень небольшие объемы широко доступного топлива и не производить опасных отходов. Привлекательность очевидна.
Первый шаг к этому новому источнику энергии — добиться контролируемых реакций синтеза в лаборатории. И самое главное: исследователям необходимо получить от этих реакций больше энергии, чем было вложено для их запуска. Это цель, которую преследуют как частные компании, так и государственные исследовательские центры, и до недавнего времени никому не удавалось ее достичь.
С начала экспериментов в 2010 году Национальная установка по инерционному поджигу (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии была одним из лидеров в гонке за чистый прирост энергии. В последние годы NIF подбиралась к своей цели очень близко: всего год назад исследователи добились возврата энергии в 70%.
Поэтому, когда в выходные начали циркулировать слухи, впервые опубликованные Financial Times, о том, что исследователи NIF наконец достигли чистого прироста, энергетический мир отреагировал двояко:
- Это огромная новость
- Ну вот, опять цикл хайпа вокруг синтеза
Когда я увидел эту новость, пролистывая статьи в телефоне во время предпраздничного шопинга, я испытал обе реакции. Я вглядывался в детали: 100 миллионов градусов, 192 лазера, несколько мегаджоулей высвобожденной энергии. Я переслал статью коллегам с простым комментарием: «Огромно, если правда».
И это оказалось правдой: пару дней спустя Министерство энергетики подтвердило новость на пресс-конференции.
Это важный момент для области термоядерного синтеза, базовый тест, к которому стремились исследователи с тех пор, как начали мечтать о нем в 1950-х годах. Этого заслуживает празднования, и я считаю, что по этому поводу можно радоваться. Это подлинная веха.
Но… нужно быть честными. В первую очередь, это научное достижение. Термоядерному синтезу предстоит долгий путь, прежде чем мы начнем использовать эту технологию в нашей повседневной жизни.
Что это означает для перспектив синтеза?
Как я указывал в своей статье, Ливерморская лаборатория располагает самым мощным лазером в мире. Так что это не то, что мы сможем немедленно воспроизвести по всему миру. Впрочем, она и не была для этого создана.
По сути, подход к синтезу, который использует NIF, даже не является тем, который большинство исследователей считают наиболее вероятным для коммерциализации (отчасти из-за того самого гигантского лазера).
NIF исследует то, что называется инерционным удержанием плазмы. При этом мощный лазерный импульс генерирует рентгеновское излучение. Это излучение сжимает и нагревает топливо, состоящее из дейтерия и трития (изотопов водорода), до достаточно высокой температуры и давления, чтобы образовалась плазма, ядра которой начинают сливаться, производя энергию.
Среди ученых-синтетиков преобладает мнение, что иной подход, магнитное удержание, в частности реактор под названием «токамак», является наиболее многообещающим краткосрочным путем для коммерческих разработок. Эти реакторы в форме бублика используют мощные магниты для удержания топлива и создания интенсивных условий, необходимых для синтеза, с помощью электрического тока и радиоволн.
Именно этот подход использует Commonwealth Fusion Systems — стартап, вышедший из Массачусетского технологического института (MIT), который является самой хорошо финансируемой частной компанией в сфере синтеза. Мой коллега Джеймс Темпл подробно изучил эту группу ранее в этом году, и мы включили практические реакторы синтеза в число наших 10 прорывных технологий 2022 года.
Commonwealth работает над компактным, относительно недорогим реактором, который будет стоить сотни миллионов долларов, в отличие от миллиардов, потраченных на создание NIF. Их подход опирается на сверхпроводящие материалы для достижения сверхсильных магнитных полей, способных удерживать плазму для реакций синтеза (температуры слишком высоки, чтобы использовать обычные материалы для удержания топлива).
Некоторые эксперты по синтезу считают, что практические реакторы, способные вырабатывать значительные объемы энергии, все еще отстоят на несколько десятилетий. Однако Commonwealth и другие стартапы имеют более амбициозные сроки, планируя построить демонстрационные установки в течение нескольких лет, а электростанции — примерно через десятилетие. В прошлом году Commonwealth объявила о привлечении 1,8 миллиарда долларов венчурного финансирования для реализации этих планов.
Новость о NIF, вероятно, станет большим стимулом для отрасли синтеза в целом, привлекая больше интереса и инвестиций. Но это не гарантирует, что инерционный поджиг или любой другой подход к синтезу увенчаются коммерческим успехом. Достижение чистого прироста в одном типе реактора не обязательно переносится на другие, поэтому токамакам и другим реакторам потребуется свой собственный прорывной момент на пути к созданию работающей термоядерной энергетики.
Чтобы узнать больше подробностей о последних новостях, включая то, сколько энергии на самом деле потребовалось для работы этих лазеров, ознакомьтесь с моей статьей. Я также рекомендую этот материал от The Atlantic, где подробно рассматривается история хайпа вокруг синтеза. А о том, как выглядит путь вперед для Commonwealth и других частных инициатив в области синтеза, читайте в углубленном материале Джеймса за февраль.
Следим за климатической повесткой
Новый отчет прогнозирует, что возобновляемые источники энергии могут превзойти уголь как главный источник энергии в мире уже к 2025 году. (Washington Post)
Новая смелая идея для солнечных панелей: просто устанавливать их прямо на землю, чтобы сэкономить на затратах на монтаж. (Canary Media)
В других новостях о солнечных панелях: исследователи работают над «двусторонними» солнечными элементами, которые могли бы улавливать энергию с обеих сторон. (Nature Energy)
США могут начать финансировать добычу полезных ископаемых за рубежом, стремясь укрепить поставки материалов, необходимых для электромобилей. (Axios)
→ Новые налоговые кредиты в США на электромобили могут столкнуться с препятствиями из-за дефицита материалов. (MIT Technology Review)
→ Вот что означают налоговые льготы на электромобили для вас, если вы планируете покупать машину в США в ближайшее время. (NBC)
Новые карты показывают, как разные районы сталкиваются с разными последствиями изменения климата. По оценкам, густонаселенные города, как правило, более дружелюбны к климату, в то время как пригороды и более богатые районы имеют более высокие выбросы. (New York Times)
Миниатюрные автомобили набирают популярность в Азии, и они лучше для климата. Вот что потребуется, чтобы привезти их в США. (Bloomberg)
JetBlue отказывается от компенсаций выбросов, переключая внимание на экологически чистое авиационное топливо. (The Verge)
→ Альтернативные виды топлива по-прежнему сталкиваются с серьезными проблемами, но авиационная отрасль полагается на них для достижения климатических целей. (MIT Technology Review)
