Мы неоднократно обсуждали в наших материалах мечту о термоядерном синтезе: этот источник энергии способен обеспечивать стабильное энергоснабжение при использовании широко доступного топлива и без образования радиоактивных отходов.
Однако превращение термоядерной электростанции в реальность требует колоссальных научных и технологических прорывов. Хотя некоторые важные вехи уже достигнуты, впереди еще множество задач. На прошлой неделе, во время нашего мероприятия EmTech MIT, мне посчастливилось беседовать с Кимберли Будил, директором Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL).
В прошлом году она оказалась в центре мировых научных новостей, когда исследователи из национальной лаборатории добились так называемого чистого прироста энергии, впервые доказав, что реакции синтеза могут генерировать больше энергии, чем было затрачено на их запуск.
В ходе нашей беседы на сцене я расспросил ее об этом моменте для исследований синтеза, о роли национальных лабораторий и о том, куда мы движемся дальше.
Момент прорыва
В декабре 2022 года группа ученых сидела в центре управления, который напоминал декорации из космической миссии. Они сфокусировали 2 миллиона джоулей лазерной энергии на мишени размером примерно с горошину. Водородное топливо внутри этой мишени начало сжиматься, высвобождая энергию по мере слияния атомов.
И в этот раз выделилось больше энергии, чем было затрачено — нечто, чего никогда не случалось ранее.
«Это был момент огромной радости и подтверждения правоты для всех тысяч людей, которые вкладывали свою душу в это стремление на протяжении многих десятилетий», — рассказала мне Будил со сцены мероприятия.
Многие считали, что это никогда не сработает, пояснила она — что лаборатория никогда не достигнет необходимого уровня точности лазеров или не сможет создать идеальные мишени, способные удержать реакцию. «Лазер — это чудо, современное инженерное чудо», — заявила она во время своего выступления. И «мишени невероятны, это образцы прецизионного искусства».
«Осуществить синтез очень, очень сложно», — подчеркнула Будил. И момент достижения чистого прироста энергии не ознаменовал финишную черту, а стал лишь одной из многих вех на предстоящем пути.
Последствия
После первой успешной демонстрации чистого прироста энергии «первоочередной задачей было повторить это», сказала Будил. «Но следующие пять выстрелов оказались неудачными. Они действительно не сработали».
Проблема заключалась в основном в мишенях — этих крошечных топливных капсулах, которые обстреливают лазеры. Мишени должны быть практически идеальными, без каких-либо дефектов. На изготовление одной такой мишени уходит около семи месяцев.
Повторить первоначальный успех удалось примерно через шесть месяцев, а летом лаборатория добилась самого высокого энергетического прироста на тот момент. В октябре команда еще дважды достигла чистого прироста энергии.
Исследователям еще многое предстоит узнать о термоядерном синтезе, и они пытаются это сделать с помощью этих повторяющихся попыток. На сцене Будил перечислила некоторые вопросы, которые им еще предстоит решить: Можно ли изменить мишени? Изменить форму лазерного импульса? Увеличить мощность?
По словам Будил, прогресс в науке и технике, лежащих в основе термоядерной энергетики, наблюдается десятилетиями, но по мере продвижения всегда возникают новые вопросы.
Я спросил ее, когда, по ее мнению, этот источник энергии может быть готов к выходу на рынок. «Мое лучшее предположение — что демонстрационная электростанция может появиться через 20 лет», — ответила она. Некоторые стартапы делают более смелые заявления, предсказывая десятилетие или даже меньше, «но я думаю, что проблемы значительно более серьезны, чем предполагалось вначале. Плазмы действительно очень сложны», — добавила она.
В конечном счете, исследователи из национальной лаборатории не будут строить электростанции: эту роль, по словам Будил, играет частный сектор. Но учёные планируют продолжать работу в рамках растущей экосистемы термоядерного синтеза.
Будил призывает к некоторому терпению, пока исследователи по всему миру работают над достижением следующего большого этапа в термоядерном синтезе: «Сообщество синтеза, безусловно, известно своим иррациональным энтузиазмом. Моя работа в прошлом году состояла наполовину в том, чтобы возбудить интерес людей к большой науке и общественной науке, а другая половина — в управлении ожиданиями относительно термоядерной энергии, потому что это будет очень трудно».
Сопутствующее чтение
Путь к этому моменту в термоядерном синтезе был долог. Ознакомьтесь с некоторыми нашими старыми обложками журнала на эту тему, начиная с 1972 года.
Мечта о термоядерной энергии не угасает, как я писал в одном из выпусков этой осенью.
Первый чистый прирост энергии в термоядерном реакторе стал огромным моментом, но его конечное применение в энергетике все еще требует множества прорывов.
Компания Helion заявляет, что ее первая термоядерная установка будет запущена уже в 2028 году. Эксперты скептически относятся к этим и другим амбициозным срокам, как моего коллегу Джеймса Темпла затрагивал ранее в этом году.
Следим за климатом
США и Китай договорились о сотрудничестве в вопросах наращивания возобновляемых источников энергии и сокращения выбросов. Соглашение было достигнуто на фоне личной встречи президента Байдена и председателя Си Цзиньпина на этой неделе. (New York Times)
Первая запланированная маломасштабная ядерная установка в США официально отменена. Стартап NuScale свернул планы по проекту после того, как не смог привлечь достаточно клиентов, готовых платить за растущую стоимость электроэнергии. (Wired)
→ Нам обещали реакторы меньшего размера. Где они? (MIT Technology Review)
Немецкая компания CMBlu, занимающаяся проточными аккумуляторами, только что привлекла 100 миллионов долларов финансирования. Эти средства станут большим подспорьем для технологии, которая долгое время не могла обеспечить обещанного снижения затрат. (Canary Media)
Автосалоны не готовы, а в некоторых случаях и не очень хотят продавать электромобили. Это может подорвать прогресс в сфере экологизации транспорта. (Washington Post)
Электрификация систем отопления и других бытовых приборов может стать значительной частью мер по снижению выбросов, связанных со зданиями. Проблема в том, что арендаторы могут столкнуться с трудностями при использовании существующих стимулов для электрификации жилья. (The Verge)
Exxon Mobil создает предприятие по производству лития, ключевого материала для аккумуляторов, питающих электромобили. Это новое направление для гиганта ископаемого топлива. (New York Times)
Новая волна стартапов работает над устранением угрозы лесных пожаров. Эта сфера, которую все чаще называют «фаертех» (firetech), может помочь предотвратить пожары или обнаружить их, как только они начинаются. (Canary Media)
Компании соревнуются в создании гигантских ферм по разведению насекомых. Эти жуки могут служить источником белка для корма животных, что является методом, способным помочь сократить выбросы в сельском хозяйстве. (Washington Post)
Наводнения, волны жары, штормы и пожары, усугубляемые изменением климата, становятся все более частыми по всей территории США. Эти опасности будут нарастать, если выбросы парниковых газов не будут сокращены в ближайшее время, согласно новому отчету правительства США. (Bloomberg)
