Энергия термоядерного синтеза должна была стать воплощением мечты. Как только мы обнаружили, что можно сталкивать маленькие атомы вместе, чтобы получились большие атомы, и при этом выделять небольшое количество энергии, ученые всего мира осознали последствия нового знания физики. Одни хотели превратить ее в оружие, а другие – в чистый, эффективный, неисчерпаемый источник электрической энергии.
Но оказалось, что термоядерная энергия – это… сложно. Очень сложно. Очень трудно. В ней много неожиданных подводных камней и ловушек. Мы пытаемся создать термоядерные генераторы уже три четверти века, и добились большого прогресса – огромного, новаторского, расширяющего горизонты прогресса. Но мы еще так и не достигли цели. Уже около 50 лет термоядерная энергетика относится к тем вещам, про которые постоянно говорят “осталось всего 20 лет”.
Основная проблема заключается в том, что, хотя осуществить термоядерный синтез относительно просто – мы делали это с помощью термоядерного оружия, – гораздо сложнее сделать реакцию медленной и контролируемой, извлекая из нее полезную энергию.
В современную эпоху существует два основных подхода к созданию полезной энергии ядерного синтеза. Один из них основан на процессе, называемом инерционным удержанием, когда вы стреляете кучей лазеров в небольшую мишень и заставляете ее взорваться, запуская короткую термоядерную реакцию. В декабре 2022 года Национальная установка зажигания (NIF) Министерства энергетики США попала в заголовки газет благодаря использованию этого метода для достижения “безубыточности”, когда из топлива выделяется больше энергии, чем в него поступило.
Другой подход основан на магнитном удержании, когда мощные магнитные поля сжимают плазму до тех пор, пока она не начнет плавиться. Эксперименты в этой области прошли долгий путь, но все еще сталкиваются с проблемами в обеспечении стабильности плазмы, что необходимо для устойчивой термоядерной реакции. Последняя итерация, названная ИТЭР, в настоящее время строится международным исследовательским консорциумом, который надеется, что после завершения строительства ИТЭР станет первым устройством магнитного удержания, достигшим безубыточности.
Но NIF не предназначен для выработки электроэнергии, и неясно, как превратить его процесс в электростанцию. При всей своей мощи он произвел в результате термоядерного синтеза электроэнергии всего на пять центов. Кроме того, его “безубыточность” имеет технический смысл, который несколько разочаровывает. Да, топливо выделило больше энергии, чем поглотило, но лишь менее 1 % энергии всего аппарата изначально попало в топливо. Что касается ИТЭР, то эта установка безнадежно погрязла в бесхозяйственности и перерасходе средств, а ведь она даже не предназначена для выработки электроэнергии.
Когда же термоядерная энергетика наконец появится?
Сложно с уверенностью сказать, когда, если вообще когда-нибудь, мы достигнем устойчивой термоядерной энергетики. Но вот примерные шансы, построенные совершенно ненаучно: 10% – в ближайшие 20 лет, 50% – в следующем столетии, 30% – в ближайшие 100 лет и 10% вероятности, что это никогда не произойдет.
Откуда взялись эти цифры? Термоядерная энергетика – это то, что принято называть вызовом поколения или столетия. Человечеству уже доводилось осуществлять подобные проекты: масштабные ирригационные сооружения на заре человеческой истории, строительство огромных храмов и городов, развитие паровой энергетики, железных дорог, соборов и многого другого.
Обычно такие проекты требуют участия нескольких поколений. Иногда мы можем ускорить прогресс и завершить их за короткое время, если вложим в них огромное количество ресурсов и если одновременно повезет с нужными людьми, руководством, талантами и ноу-хау. Мы видели, как это произошло относительно недавно, с Манхэттенским проектом и лунными инициативами.
Но в середине XX века, когда у нас была возможность потратить время и деньги целого поколения на ядерные исследования, перед нами встал выбор между бомбами и электростанциями – и мы выбрали бомбы. Поэтому, когда в 1950-х годах направление исследований в области электростанций не продвигалось так быстро (потому что в него не вкладывались средства на уровне столетия), оно просто заглохло и затихло.
Это означает, что исследования в области термоядерного синтеза были отнесены к тем же приоритетам, что и большинство других направлений исследований, а значит, на их реализацию с таким финансированием уйдет примерно столетие. Но это не страшно. Мы не будем торопиться, мы сделаем все правильно, и это будет того стоить.
Читайте также: Термоядерная ракета, разгоняющаяся до 800 000 км в час