Прошедший год в термоядерной физике начался с рекорда: Академия наук Китая сообщила в самом начале января о новом достижении сверхпроводящего токамака EAST. Установка, имитирующая реакцию, происходящую в центре Солнца, смогла нагреть плазму до температуры 70 млн градусов Цельсия и, что самое главное, — удержать ее на этом уровне в течение 1056 секунд или 17,5 минут. Прежде ни одной из команд физиков, работающих над технологией в разных странах, не удавалось преодолеть рубеж в 1000 секунд. Прошлый рекорд физиков EAST был установлен в 2021 году. Токамак поддерживал температуру 160 млн °C в течение 20 секунд и 120 млн °C — в течение 101 секунды.
Установка EAST не провела реакцию термоядерного синтеза, лишь разогрела плазму до нужной температуры. А вот европейский термоядерный реактор ДЖЭТ, расположенный в Англии, не только провел, но и выдал беспрецедентное количество энергии. В течение пятисекундного импульса произошел выброс 59 МДж. Это вдвое превышает прошлый рекорд для токамаков, установленный ДЖЭТ 25 лет назад. До экономически выгодной электроэнергии термоядерного синтеза еще далеко, но эксперимент ученых подтвердил эффективность нового подхода, который будут использовать в реакторе ITER.
В следующем месяце прошло первое испытание альтернативной технологии термоядерного синтеза. Вместо традиционных магнитных полей, которые удерживают раскаленную плазму в токамаках или стеллаторах реактор частной австралийской компании HB11 использует лазерные импульсы, способные создавать беспрецедентные уровни мощности свыше 10 петаватт. Первое же испытание технологии в десять раз превзошло ожидания разработчиков.
Еще одно достижение в области термоядерного синтеза совершили ученые с Британских островов. Частный сферический реактор ST40 компании Tokamak Energy достиг температуры плазмы в 100 млн градусов. Для небольшого и недорогого коммерческого токамака это значительный шаг вперед.
Для запуска реакции термоядерного синтеза достаточно ультразвука, доказала компания First Light из Великобритании. Электромагнитный аппарат, похожий на рельсотрон, разгоняет снаряд до 6,5 км/с. Попадая в капсулу с каплей топлива, он производит взрыв, который создает давление и температуру, достаточные для начала реакции. Тепло преобразует воду в пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество. Компания уже продемонстрировала опытный образец специалистам из Бюро атомной энергии.
О первых успехах сообщили в июне американские стартаперы из Zap Energy. Созданный ими прототип реактора получил первую плазму с электрическим током 500 килоампер (кА) и подтвердил возможность ее удержания. Технология Zap Energy основана на так называемом Z-пинче — вместо дорогих магнитных катушек и экранирующих материалов для их защиты система полагается на электромагнитное поле, которое генерируется внутри самой плазмы. Такая установка проще в производстве, но удержать плазму в стабильном состоянии невозможно. Однако специалисты Zap нашли решение: используя осевой поток сдвига, они показали способ сглаживания потоков плазмы, который приводил к ее схлопыванию.
Показал хорошие результаты и другой стартап из США — TAE Technologies. В прототипе своего термоядерного реактора он разогрел плазму до 75 млн градусов. Не рекорд, но для молодой компании, ищущей финансирование — достижение. Основа технологии TAE —запатентованная система управления плазмой с обращенным полем, которая предполагает питание термоядерных реакторов с помощью борводорода. Такое топливо было выбрано не спроста — по подсчетам стартапа, на Земле достаточно ресурсов для поддержания работы таких реакторов минимум на 100 тысяч лет. Предполагается, что оно обеспечит TAE преимуществом перед конкурентами, которые полагаются на более редкие дейтерий и тритий.
Новый способ повышения выхода энергии в реакции термоядерного синтеза предложили исследователи Национального комплекса зажигания при Ливерморской национальной лаборатории США. Они предположили, что если заключить капсулу с каплей топлива в магнитное поле, можно добиться большей производительности. Чтобы проверить это предположение, они модифицировали капсулу: золото заменили на сплав золота и титана, а вместо водорода взяли дейтерий. После чего ее покрыли магнитной катушкой. Испытания показали, что под действием лазерных лучей горячая точка увеличилась на 40%, а выход энергии — в три раза.
В самом конце года еще раз отличилась Ливерморская лаборатория США, причем на этот раз произошел настоящий прорыв — первая в истории положительная по электрозатратам реакция термоядерного синтеза. В ходе инерционного управляемого синтеза 192 лазера установки NIF подали 2,05 МДж энергии на золотой цилиндр размером с горошину, содержащий замороженную таблетку изотопов водорода, дейтерия и трития. В результате было высвобождено около 3,15 МДж энергии. Это на 54% больше, чем энергия, которая пошла на реакцию.
Несмотря на научный прорыв, до коммерческого применения термоядерных реакторов все еще далеко. Необходимы гораздо более быстрые лазеры, чтобы генерация энергии стала непрерывной. При этом установка NIF все еще потребляет гораздо больше энергии, чем вырабатывается в ходе синтеза.
