Мы были «близки» к достижению термоядерной энергии вот уже 50 лет

Энергия ядерного синтеза должна была стать мечтой. Как только мы обнаружили, что можно сталкивать маленькие атомы вместе, чтобы получить более крупные атомы и при этом высвободить небольшое количество энергии, ученые всего мира осознали значение этого нового кусочка физических знаний. Некоторые хотели превратить его в оружие, но другие хотели превратить его в чистый, эффективный и неисчерпаемый источник электрической энергии.

Но оказывается, что термоядерная энергия — это сложно. Действительно трудно. Действительно сложно. Полна неожиданных ловушек и ловушек. Мы пытались создать термоядерные генераторы на протяжении трёх четвертей века и добились большого прогресса — огромного, новаторского, расширяющего горизонты прогресса.

Но мы еще не там. Энергия термоядерного синтеза была одной из тех вещей, до которых осталось «всего 20 лет» вот уже около 50 лет. Основная проблема заключается в том, что, хотя осуществить термоядерный синтез относительно просто (мы постоянно делали это с термоядерным оружием), гораздо сложнее сделать реакцию медленной и контролируемой, извлекая из нее полезную энергию.

В современную эпоху существует два основных подхода к попыткам создания полезной энергии ядерного синтеза. Один из них основан на процессе, называемом инерционным удержанием, когда вы стреляете пучком лазеров в небольшую цель и заставляете ее взорваться, вызывая короткую реакцию термоядерного синтеза.

В декабре 2022 года Национальная установка зажигания (NIF) Министерства энергетики попала в заголовки газет об использовании этого метода для достижения «безубыточности», когда из топлива выделяется больше энергии, чем уходит в него. Другой подход основан на магнитном удержании, когда мощные магнитные поля сжимают плазму, пока она не начинает плавиться.

Эксперименты здесь прошли долгий путь, но столкнулись с постоянной борьбой за обеспечение стабильности плазмы, что необходимо для устойчивой реакции термоядерного синтеза. Последняя итерация, получившая название ИТЭР, в настоящее время строится международным исследовательским консорциумом, который надеется, что после завершения ИТЭР станет первым устройством магнитного удержания, которое достигнет безубыточности.

Но НИФ не предназначен для выработки электроэнергии, и неясно, как превратить его процесс в электростанцию. Несмотря на всю свою мощь, посредством термоядерного синтеза он произвел электричество на колоссальные пять центов. Кроме того, «безубыточность» имеет технический смысл, который несколько разочаровывает.

Да, топливо выделяло больше энергии, чем поглощалось, но до топлива дошло лишь менее 1% энергии всего аппарата. Что касается ИТЭР, то этот объект безнадежно погряз в плохом управлении и перерасходе средств, и он даже не предназначен для выработки электроэнергии.

Когда наконец произойдет термоядерная энергия?

Я не могу сказать наверняка, когда, если вообще когда-нибудь, мы достигнем устойчивого термоядерного синтеза. Но вот мои шансы, выстроенные совершенно ненаучно: 10% вероятность в следующие 20 лет, 50% вероятность в следующем столетии, 30% вероятность в течение следующих 100 лет после этого и 10% вероятность того, что этого никогда не произойдет.

Где я беру эти цифры? Сила термоядерного синтеза — это то, что я называю вызовом поколений или столетий. Человечество уже реализовывало подобные проекты раньше: масштабные ирригационные проекты на заре человеческой истории, строительство огромных храмов и городов, а также развитие паровой энергетики, железных дорог, соборов и многого другого. Обычно такого рода проекты требуют участия нескольких поколений.

Иногда мы можем ускорить наш прогресс и завершить его за короткий промежуток времени, если вложим в него огромное количество ресурсов и одновременно нам действительно повезет с нужными людьми, лидерством, талантом и ноу-хау. Мы видели, как это произошло сравнительно недавно, в рамках Манхэттенского проекта и инициатив, взлетевших на новый уровень.

Но в середине 20-го века, когда у нас была возможность потратить время и деньги целого поколения на ядерные исследования, у нас был выбор между бомбами и электростанциями — и мы выбрали бомбы. Поэтому, когда направление исследований в области электростанций не продвигалось так быстро (поскольку не было выделено инвестиций на уровне столетия), начиная с 1950-х годов, оно просто заглохло и затянулось.

Это означает, что исследования термоядерного синтеза отнесены к тому же приоритету, что и большинство других направлений исследований, а это означает, что для их достижения потребуется примерно столетие. Но это нормально. Мы потратим на это время, сделаем все правильно, и оно того стоит.