Термоядерный прорыв за $1 млрд: в США начали строить установку, которая должна себя окупить
Термоядерная энергетика может приблизиться к одному из главных рубежей, который до сих пор не удалось преодолеть ни одной экспериментальной установке. Американская Pacific Fusion начала строительство комплекса в Альбукерке, штат Нью-Мексико, где компания рассчитывает к 2030 году получить от термоядерных реакций столько же энергии, сколько потребляет весь объект. После достижения энергетической окупаемости разработчики намерены перейти к созданию коммерческой электростанции в середине 2030-х годов.
Современные эксперименты уже доказали возможность получать от управляемой термоядерной реакции больше энергии, чем непосредственно затрачивается на запуск реакции. В частности, американская National Ignition Facility ранее преодолела подобный рубеж. Однако лабораторный результат пока не учитывает огромные энергозатраты лазеров, систем охлаждения, питания и другого оборудования. Поэтому вся установка в целом продолжает потреблять значительно больше энергии, чем производит.
Pacific Fusion ставит более жесткую цель, называемую net facility gain, или чистым энергетическим выигрышем на уровне всего комплекса. Демонстрационная установка должна выработать не меньше энергии, чем потребуется для работы оборудования. Коммерческому реактору впоследствии понадобится производить примерно в пять раз больше энергии по сравнению с демонстрационной системой, поскольку полноценной электростанции потребуется питать дополнительное оборудование и передавать электричество в сеть.
В основе проекта лежит импульсный подход к термоядерному синтезу. Pacific Fusion планирует направлять чрезвычайно мощные и точно синхронизированные электрические импульсы на мишень с топливом размером примерно с ластик на конце карандаша. Импульсы создадут вокруг мишени магнитное поле, которое сожмет топливо до условий, при которых атомные ядра смогут сливаться и выделять энергию.
Демонстрационный комплекс сможет проводить несколько импульсов, или «выстрелов», в сутки. Для коммерческой электростанции частоту придется увеличить примерно до одного импульса в секунду. Разница показывает один из главных технологических барьеров между успешным экспериментом и реактором, способным непрерывно работать в энергосистеме.
Электрические импульсы будут создавать 156 специальных модулей. Каждый модуль получит 32 кольцевые ступени, собранные из десяти блоков. В состав каждого блока войдут два конденсатора для накопления энергии и один переключатель для быстрого высвобождения заряда. Ранее Pacific Fusion испытала уменьшенную до одной трети версию импульсного модуля. Прототип выдал пиковую мощность 440 ГВт за импульс продолжительностью 80 наносекунд. Полученные результаты позволили компании перейти к строительству полномасштабного демонстрационного комплекса.
Новый кампус будет использоваться не только для разработки энергетического реактора. Pacific Fusion также планирует проводить эксперименты с высокоэнергетическим термоядерным синтезом, связанные с задачами национальной безопасности США. Один импульс демонстрационной системы должен выделять около 100 МДж энергии, примерно в десять раз больше, чем импульсы National Ignition Facility. По оценке разработчиков, установки сопоставимого класса сейчас нигде в мире не работают, хотя похожую инфраструктуру строит Китай.
Pacific Fusion появилась только в 2023 году, но уже вошла в число наиболее обеспеченных капиталом компаний в секторе термоядерной энергетики. Стартап привлек более $1 млрд в рамках раунда Series A с финансированием, привязанным к достижению определенных этапов проекта. Такая структура позволила заранее профинансировать длительную программу разработки без необходимости каждые несколько лет проводить новый инвестиционный раунд.
Конкуренция при этом продолжает усиливаться. Commonwealth Fusion Systems, Helion Energy, Proxima Fusion, Inertia Enterprises и ряд других хорошо финансируемых стартапов также рассчитывают подключить первые коммерческие термоядерные электростанции к энергосетям к середине 2030-х годов или раньше. Для Pacific Fusion строительство комплекса в Нью-Мексико станет проверкой ключевого обещания проекта: сможет ли импульсная термоядерная установка перейти от рекордных всплесков мощности к системе, которая в энергетическом балансе перестанет быть потребителем и начнет работать как источник энергии.