Термоядерная гонка: кто первым построит искусственное Солнце?
EAST и WEST, китайский и французский термоядерные реакторы, один за другим сумели удержать плазму электромагнитными полями рекордно долгое время. Все активней идет новая технологическая гонка – термоядерная, приз в которой – безграничные по нашим меркам запасы энергии, – а значит и выход на совершенно другой уровень развития цивилизации.
Экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST) называют в Поднебесной «Искусственным солнцем Китая». Пафосно, но, по сути, верно. Звезды зажигаются потому, что в их глубинах ядра водорода при огромных давлениях и температурах преодолевают силы взаимного отталкивания и сливаются воедино, создавая ядра более тяжелых элементов, прежде всего гелия.
Благодаря термоядерным реакциям сияют все звезды Вселенной, а энергии возникает так много, что даже ничтожной ее части хватает на поддержание жизни и цивилизации на Земле и (надеемся) других планетах. Ядер водорода вокруг сколько угодно, к тому же их соединение безотходное, не ведет к выбросам углекислого газа, взрывам или иному экологическому ущербу. Если у человечества появится такой источник энергии – наступит эра невиданного изобилия.
Откуда берется столько энергии?
Когда из двух атомов водорода образуется атом гелия, его масса не является точной суммой масс исходных атомов. Её часть теряется при реакции и превращается в энергию согласно знаменитой формуле Эйнштейна: E = mc2. Нужно совсем чуть-чуть массы (m), чтобы после умножения на квадрат скорости света (очень-очень большую цифру) она дала много энергии (E).
Рекорд за рекордом
«Искусственное солнце Китая», впрочем, пока не зажглось, и ядра атомов в нем не сливаются. Но в январе про реактор EAST услышал весь мир – его мощнейшие электромагнитные поля сумели удержать в магнитной ловушке высокоэнергетическую плазму (тот самый водород, из которого должен родиться гелий) в течении рекордного времени, больше 17 минут, – 1066 секунд.
Еще недавно достижение продолжительности синтеза в 1000 секунд считалось ключевым шагом к овладению термоядерной энергией. И вот этот шаг сделан – Институтом физики плазмы при Китайской академии наук, которому мы обязаны и прошлым рекордом, установленном на том же реакторе EAST в 2023 году. Предыдущий рекорд был в два с половиной раза меньше – 403 секунды.
Но новый рекорд токамака EAST продержался лишь месяц. Его западный конкурент, французский токамак WEST в конце февраля смог удержать плазму в магнитной ловушке уже 22 минуты!
Пишут, что дело не только в рекорде, – этот эксперимент доказал, что длительное удержание плазмы возможно без разрушения материалов реактора. Солнцу помогает совершать термоядерный синтез сверхгигантское давление, а токамаку приходится создавать условия для синтеза за счет одной лишь температуры – поэтому она там раз в десять выше, чем в Солнце, около 50 миллионов градусов. И вольфрамовые элементы, находящиеся в этом пекле, выдержали!
Лет через тридцать все будет!
На самом деле, трудно поверить, что мы действительно приближаемся к возникновению термоядерной энергетики, – особенно специалистам.
Уже лет тридцать среди физиков ходит анекдот:
— Когда всё-таки появится термоядерная энергетика? — спрашивают знаменитого физика-ядерщика.
— Лет через тридцать.
— Но вы уже это предсказывали тридцать лет назад.
— Как видите, я не изменил своего мнения.
Анекдот не утратил актуальности: в 1990-х смеялись над оптимистичными прогнозами 1960-х — теперь грустно улыбаются, вспоминая прогнозы девяностых. Сейчас, с учётом предыдущих ошибок, физики предсказывают энергетическую революцию лет эдак через тридцать.
И все эти годы шла работа над одним из крупнейших мегапроектов человечества. В 1980‑х общими усилиями цивилизованного мира неподалёку от Марселя начали строить ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный экспериментальный термоядерный реактор).
В основе его конструкции лежит родившаяся в Курчатовском институте (тогда он назывался Институтом атомной энергии) идея токамака. Эта русская аббревиатура, вошедшая во многие языки мира, означает «тороидальная камера с магнитными катушками». Попросту говоря, большой бублик, в котором с помощью магнитных полей пытаются удержать плазму — и никак не могут, все время что-то мешает.
В августе 2020 года случилось долгожданное — началась сборка ИТЭРа. Запустить реактор и получить на нём первую плазму планировали в 2025 году. Но летом 2024 передвинули запуск на 2039 год. В общем, пока начнутся эксперименты на нем, пройдет еще лет тридцать.
Обманывают народ ученые-грантоеды? Дело не в коварстве физиков, а в нашем наивном нетерпении. Печально, что людям все еще так сложно браться за общие мегапроекты, практический эффект от которых можно ждать много десятилетий. Готические соборы строились столетиями — вера была достаточно мощным двигателем цивилизации, чтобы заставлять людей доводить до конца по-настоящему долгосрочные начинания. Неужели мы не сможем реализовать великий проект, вдохновлённый не верой, а разумом?
Гонка начинается
И вот в 2020-е из разных частей мира стали приходить вести о все новых прорывах, сделанных уже на других реакторах, созданных на основе технологий, отработанных в ИТЭРе, или только появившихся в других отраслях (например, есть надежда что в стабильном удержании плазмы очень помогут нейросети).
В конце 2022 года в Ливерморской лаборатории в Калифорнии впервые сумели извлечь из термоядерной реакции больше энергии, чем вложили в нее. Шарик водородной плазмы накачивали энергией самым большим в мире лазером, – и вызвали реакцию ядерного синтеза. В шарик закачали 2 мегаджоуля энергии, а он произвел 2.5. Этой цели добивались больше полувека, ее называли «Святым Граалем ядерной физики»!
Появились и другие многообещающие термоядерные проекты, начинается настоящая технологическая гонка и в этой области, ключевой для процветания планеты и человечества в долгосрочной перспективе.
В мире сейчас идет несколько главных технологических гонок, в которых теперь участвуют не только государства, но работающие в связке с ними и гиганты бизнеса.
- Гонка искусственных интеллектов
- Новая лунная гонка (посадить аппараты на Луну сумели уже пять государств и одна частная компания, – в марте попытаются еще две)
- Гонка за квантовое превосходство
- Гонка за создание первого массового андроида – человекоподобного робота.
Это, конечно, далеко не все, – идет, например, масса гонок в биомедицине – за создание нейроинтерфейсов, моделей мозга – коннектомов, разных лекарств и т.п.
Частный бизнес дал новый толчок развитию космоса, когда уже надежды почти не оставалось, а сейчас играет ведущую роль и в разработке ИИ, и в роботостроении, и в биотехе. Есть надежда, что он сможет существенно ускорить и приручение термояда.
Хочется верить в лучшее: что, если мы и правда закончим так неудачно начавшееся для человечества десятилетие с двумя самыми могущественными из волшебных предметов: технологией термоядерного синтеза и общим искусственным интеллектом?
Но, конечно, от успеха экспериментальной установки до момента, когда термоядерные реакторы станут выпускать в промышленных масштабах, и энергия, получаемая без всяких вредных выхлопов, польется рекой, пройдет еще лет тридцать.