Американский стартап Helion Energy подписал с Microsoft обязательства о поставке электроэнергии от установки на 50 мегаватт начиная с 2028 года. Если поставки не начнутся вовремя, Helion Energy получит серьезные штрафные санкции. Это весьма необычный шаг, поскольку, согласно контракту, источником энергии должна стать первая в мире коммерческая термоядерная электростанция — да еще и основанная на ранее еще ни разу не реализованной схеме.
Традиционные типы термоядерных реакторов — это токамаки и «лазерные реакторы». В первых плазма удерживается сверхмощными магнитами в торе. Высокие температура и плотность предоставляют возможность ядрам атомов сливаться, давая тепловую энергию. Однако энергозатраты на удержание и нагрев плазмы на сегодня очень велики — кратно больше энергии, получаемой от термоядерной реакции. Лазерный синтез сжимает и нагревает плазму лазерными импульсами, но и у него траты энергии больше, чем получаемая энергия. В обоих типах систем есть проблемы: самые легко идущие реакции порождают много быстрых нейтронов, которые сравнительно быстро делают хрупкими материалы реактора.
Helion Energy вместо этого использует другой подход, открытый еще в 1950-х, —разнонаправленные магнитные поля. В нем в цилиндрическом сгустке плазмы возбуждается магнитное поле, чье направление не совпадает с направлением внешнего магнитного поля, удерживающего плазму в целом. По расчетам стартапа, два сгустка плазмы с такими параметрами в ее установке будут разгоняться до 300 километров в секунду, а затем сталкиваться, обеспечивая высокую температуру и давления, достаточные для термоядерной реакции.
Чтобы решить проблему нейтронов, реактор будет использовать смесь дейтерия и гелия-3, при слиянии ядер которых образуется опять-таки гелий, но уже с другим изотопным числом. Гелий-3 установка будет получать сама, поскольку часть реакций слияния двух ядер дейтерия между собой ведет к получению гелия-3.
Концепция Helion Energy не нова, однако в компании считают, что они первые, кто решил принципиальные вопросы контроля магнитного поля для подобных установок. В XX веке попытка получить достаточно крупные установки такого типа проваливались как раз из-за сложностей контроля над магнитными полями.
«Это самая дерзкая штука, о которой я когда-либо слышал. В таких вещах я никогда не говорю „никогда“, но если у них получится, это бы меня изумило», — прокомментировал подписанное соглашение физик-теоретик из Чикагского университета Роберт Роснер.
Трудно не согласиться с этой оценкой. Helion Energy пока не провела даже экспериментальных пусков своего реактора. Это значит, что стартап, существующий с 2013 года, находится в «бумажной» части цикла разработки. И его уверенность в том, что он сможет производить таким образом электричество по разумным ценам всего через пять лет, выглядит из ряда вон выходящей.
На практике вопрос о термоядерной реакции достаточно сомнителен вне зависимости от выбранных типов реакторов. Как отмечал Naked Science, выход энергии на единицу массы топлива у термоядерных реакторов не слишком сильно отличается от реакторов атомных. При этом первым требуются очень мощные магниты — даже в сравнительно скромной установке Helion Energy речь идет о магнитах на 12 тесл. Дополнительно понадобятся многие другие непростые системы, ненужные в атомных реакторах, что делает термоядерные реакторы любых типов заведомо более материалоемкими, чем реакторы атомные.
Элемент термоядерного реактора Helion Единственное теоретическое превосходство термояда над ядерной энергетикой современного типа — несколько более дешевое топливо. Однако в цене атомного киловатт-часа ядерное топливо и сегодня занимает всего 5%. Следовательно, даже падение цены топливной компоненты до нуля слабо повлияет на доступность термоядерной энергии для коммерческого применения. Более 60 процентов стоимости атомного киловатт-часа — это отбивка капиталовложений, прямо связанная с материалоемкостью электростанции. Поскольку для термояда она выше, чем для обычных АЭС, экономические перспективы термоядерных реакторов в земных условиях выглядят достаточно туманно.
Helion Energy, как заметно на видео выше, пытается решить этот вопрос, сделав конструкцию термоядерного реактора предельно простой. Но насколько это получится реализовать на практике пока совершенно неясно.