Американский стартап Zap Energy, основанный в 2017 году, работает над созданием реактора ядерного синтеза, в котором не используются магниты. Его последний прототип почти готов к первым испытаниям, и компания утверждает, что энергия термоядерного синтеза может быть получена уже через год. В то время как другие прототипы реакторов все еще пытаются достичь необходимой мощности, некоторые ученые по-прежнему скептически относятся к этому заявлению.
Ядерный синтез становится предпочтительным решением для производства энергии без вреда для окружающей среды. Он не использует ископаемое топливо, не выбрасывает CO2 и не производит долгоживущих радиоактивных отходов высокого уровня. Он использует практически неисчерпаемое топливо (дейтерий и тритий, которые являются двумя изотопами водорода), и нет риска выхода реакции из-под контроля (в отличие от реакции деления).
Реакция синтеза включает в себя соединение двух атомных ядер с образованием более тяжелого ядра. Для этого необходимо нагреть эти виды топлива до чрезвычайно высокой температуры (несколько миллионов градусов) в замкнутой среде. Для создания такой плазмы существует несколько подходов, в частности, термоядерный синтез с магнитным удержанием (на котором основаны токамаки, включая строящийся реактор ITER) и термоядерный синтез с инерционным удержанием, осуществляемый с помощью лазера или осевого сжатия (также известный как Z-pinch). Последний вариант лежит в основе экспериментального реактора компании Zap Energy.
В настоящее время лишь немногие начинания основаны на таком подходе - большинство существующих сегодня экспериментальных термоядерных реакторов используют магнитные поля. Однако Z-pinch ядерный синтез может быть более эффективным, простым и дешевым. Z-pinch реакторы не требуют сложных массивов магнитных катушек или дорогостоящих экранирующих материалов.
Они полагаются на электромагнитное поле, генерируемое в самой плазме. Это фиксирует плазму внутри относительно короткой колонны (около 2 метров высотой) и "зажимает" ее, пока она не станет достаточно горячей и плотной, чтобы произошел ядерный синтез. С помощью этой технологии Zap Energy надеется вскоре производить больше энергии, чем требуется для запуска термоядерной реакции - то, что до сих пор никому не удавалось сделать надежно и устойчиво с помощью какой-либо технологии.
Технология Z-pinch была создана в 1950-х годах, но страдала от проблем с нестабильностью. Команда Zap Energy решила использовать так называемый "сдвинутый осевой поток" для сглаживания потоков плазмы и устранения искажений, которые вызывали нестабильность и мешали предыдущим попыткам синтеза Z-pinch.
На прошлой неделе компания отметила важнейшую техническую веху, создав первую плазму в своем реакторе FuZE-Q.
"Мы продемонстрировали с помощью моделирования и экспериментов, что сдвиговые потоки могут стабилизировать термоядерную плазму, и что эта стабильность должна распространяться на коммерчески жизнеспособные масштабы", — сказал Ури Шумлак, главный научный сотрудник Zap Energy.
Чтобы ускорить темпы вывода своей технологии на рынок, компания также объявила о закрытии раунда финансирования серии С в размере 160 миллионов долларов. В скором времени появятся реакторы размером с гараж? По сравнению с существующими подходами к термоядерному синтезу, технология Zap Energy не требует сверхпроводящих магнитов или мощных лазеров. Поэтому более вероятно, что она быстро эволюционирует в меньшие, менее сложные и более масштабируемые системы, которые позволят по-настоящему использовать энергию термоядерного синтеза.
Чем выше ток, используемый для создания Z-pinch, тем горячее и плотнее будет плазма. Поэтому увеличение силы тока является ключевым элементом в продвижении ядерного синтеза Z-pinch. Достигнув осенью прошлого года 500 кА, компания Zap Energy разработала новое устройство, поддерживающее более высокие токи: FuZE-Q. "FuZE-Q - это четвертое поколение устройств Z-pinch, которое мы создали, и оно, без сомнения, самое амбициозное", — говорит Брайан Нельсон, главный технический директор.
Теоретически FuZE-Q может работать с интенсивностью, необходимой для достижения точки энергетической безубыточности. Моделирование предсказывает, что это около 650 кА тока. Конечно, он должен значительно превысить этот порог, прежде чем его можно будет считать практическим источником энергии. Команда также стремится разработать термоядерные реакторы массового применения, которые "достаточно малы, чтобы поместиться в гараже". Каждый из этих реакторов будет способен обеспечить энергией не менее 8 000 домов, утверждает компания.
Критики, однако, заявляют, что мы просто начинаем очередной виток "термоядерной энергетической лихорадки", сообщает New York Times. "Тот факт, что в эти утверждения широко верят, объясняется только эффективной пропагандой пропагандистов и представителей лабораторий", - сказал газете Дэниел Джасби, физик плазмы Принстонского университета в отставке. В любом случае, Zap Energy еще предстоит пройти долгий путь, включая разработку источника питания, достаточно мощного для сжатия плазмы.