Компании Ad Astra и Space Nuclear Power Corporation объединили усилия по созданию комбинированной ядерно-электрической силовой установки для ускорения полётов по Солнечной системе. Плазменной двигательной установкой занимается Ad Astra, а источником энергии на распаде ядер — SpaceNukes. Испытания прототипа ожидаются в конце десятилетия с началом коммерциализации к середине 30-х годов, что позволит резко сократить время полёта к Марсу и дальше.

Источник изображений: techspot.com

Проектированием систем электрического (плазменного) ракетного двигателя VASIMR компания Ad Astra занимается более 20 лет. Двигатель VASIMR или магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (variable specific impulse magnetoplasma rocket) как и любой другой ионный ракетный двигатель работает за счёт использования мощных электромагнитных полей для ионизации и ускорения топлива (рабочего тела), создавая высокоскоростной плазменный выброс.

Плазменные или ионные двигатели экономичны, но их тяга очень низкая. Проблему со слабой тягой может решить мощный источник питания от выбора которого, кстати, ионные двигатели не зависят — подойдёт любой. Для двигателя VASIMR требуются источники питания мощностью в несколько сотен киловатт. Прототип VASIMR VX-200, например, требует 200 кВт входной мощности. Подобную и более высокую мощность не смогут обеспечить ни радиоизотопные источники питания, ни солнечные батареи — энергетическая основа современной космонавтики.

Теперь поддержку Ad Astra решает оказать компания SpaceNukes. В 2018 году она показала прототип портативного космического ядерного реактора мощность 1 кВт и пообещала представить 10-кВт источник электричества с продолжительностью работы не менее 10 лет. Объединение усилий позволит создать интегрированную силовую ядерно-электрическую установку для космических кораблей. Если планы компаний будут воплощены в жизнь, то появится возможность достичь Марса и вернуться обратно за считанные месяцы, вместо примерно двух лет, как это возможно с использованием современных двигателей на химическом топливе.

Meta✴ Platforms подтвердила своё намерение использовать ядерную энергетику для питания собственных центров обработки данных в США. По данным источника, компания готова принять предложение о сотрудничестве от компании, работающей в сфере ядерной энергетики, с целью добавить к уже имеющимся мощностям от 1 до 4 гигаватт энергии к началу следующего десятилетия.

Источник изображения: Bermix Studio/Unsplash

В сообщении сказано, что Meta✴ продолжает искать партнёров, имеющих опыт работы с «малыми модульными реакторами (SMR), либо с более крупными ядерными реакторами». Отмечается, что компания «географически независима» в отношении местоположения потенциальных ядерных объектов. Ранее в этом году Meta✴ уже планировала построить в США «атомный» ЦОД, но от этого проекта пришлось отказаться из-за того, что в районе потенциального строительства ядерного объекта обитает редкий вид пчёл.

«Поскольку инновации приносят значительные технологические достижения во всех секторах и поддерживают экономический рост, мы считаем, что ядерная энергетика может помочь обеспечить надёжную базовую мощность для поддержки растущих потребностей электросетей, которые питают наши центры обработки данных (физическая инфраструктура, на базе которой работают платформы Meta✴), а также окружающие их сообщества», — говорится в заявлении компании.

Meta✴ — не единственная крупная технологическая компания, которая стремится использовать ядерную энергетику для реализации своих амбиций в сфере искусственного интеллекта. Не так давно Google объявила о подписании соглашения, в рамках которого на территории США будет построено несколько реакторов с целью получения 500 мегаватт энергии. Ранее в этом году Microsoft заявила о желании возродить атомную электростанцию в Пенсильвании, чтобы стимулировать развитие ИИ-технологий.

Новозеландская компания OpenStar была основана Рату Матаирой (Ratu Mataira) в 2021 году в его квартире в Веллингтоне. А теперь стартап сообщил, что смог создать и удерживать плазменное облако температурой около 300 000 °С в течение 20 секунд в своём экспериментальном реакторе. Матаира утверждает, что вместе со своими сотрудниками добился такого результата на пути к полноценному термоядерному синтезу за два года, потратив менее $10 млн.

Один из элементов реактора. Источник изображения: OpenStar

Для ядерного синтеза требуются гораздо более высокие температуры, но OpenStar подчёркивает оригинальную масштабируемую конструкцию реактора, пригодную для коммерциализации. Перспектива термоядерного синтеза, при котором изотопы водорода сталкиваются внутри плазмы, высвобождая огромные объёмы энергии, манила исследователей на протяжении десятилетий.

Источник изображений: ft.com

В последние годы значительное финансирование направлялось на стартапы в области термоядерного синтеза — инвесторы делают ставку на то, что этот процесс может обеспечить дешёвую, экологически чистую энергию. Однако технология всё ещё находится в стадии разработки, и эксперты пока не называют сроков её коммерческого успеха.

Несколько других проектов термоядерного синтеза, включая ITER во Франции, китайский испытательный реактор Fusion Engineering и JT-60SA в Японии, используют конструкцию «токамака», впервые разработанную советскими учёными в 1950-х годах. Устройство формирует облако плазмы внутри камеры в форме пончика, удерживаемое мощными внешними магнитами.

Матаира утверждает, что в своей конструкции реактора ему удалось «вывернуть конструкцию токамака наизнанку». Вместо внешних магнитов он использовал левитирующий высокотемпературный сверхпроводящий магнит, расположенный внутри перегретой плазмы. Плазма удерживается внутри вакуумной камеры в пределах силовых линий магнита с севера на юг.

«Основная инженерная задача заключается в том, как заставить магнит, окружённый плазмой, работать достаточно долго», — сообщил Матаира. Сейчас левитирующий магнит работает от батареи, которая требует подзарядки через 80 минут.

Такая конструкция реактора впервые была разработана учёными Массачусетского технологического института. По мнению Матаиры она лучше масштабируется, чем реакторы токамак, потому что её легче модифицировать. «Строительство токамака похоже на строительство корабля в бутылке, — пояснил Матаира. — Каждое принятое решение по проектированию влияет на все остальные системы».

Деннис Уайт (Dennis Whyte), профессор Массачусетского технологического института и соучредитель американской компании Commonwealth Fusion Systems, занимающейся термоядерным синтезом, заявил, что он «в восторге» от построенного OpenStar реактора. По его мнению, «это добавляет захватывающую возможность к разнообразным подходам к термоядерному синтезу».

Глава OpenStar ожидает, что термоядерный синтез уже через шесть лет может стать коммерческой технологией. «Мы с энтузиазмом относимся к термоядерному синтезу, так как он может способствовать декарбонизации энергетического сектора, а для этого существует огромный дефицит времени», — сказал Матаира.

Стоит отметить, что ещё в 1987 году Новая Зеландия приняла закон о создании безъядерной зоны в своих территориальных морских, сухопутных и воздушных пространствах. В стране нет атомных электростанций. Однако Матаира утверждает, что исследования OpenStar соответствуют законам страны о радиационной безопасности. Он уверен, что общественность осознает различие между ядерным делением и термоядерным синтезом, который не создаёт радиоактивных отходов.

На сегодняшний день стартап финансируется локальными новозеландскими инвесторами, но планирует в первом квартале 2025 года привлечь от $500 млн до $1 млрд.

Удивительная новость пришла из Гибралтара. Местная компания ENG8 создала и показала в работе автономную и компактную установку по получению энергии от реакции холодного термоядерного синтеза. Эксперты с мировым именем подтвердили, что установка EnergiCells выдаёт в три раза больше энергии, чем тратит на холодный ядерный синтез. Установка работает без внешних источников питания и является первым в мире источником термоядерной энергии.

Коллаж interestingengineering.com. Источник изображения: interestingengineering.com \ ENG8

Валерия Тютина (Valeria Tyutina), генеральный директор ENG8, сказала: «В то время как горячий термоядерный синтез борется за получение чистой энергии, технология катализируемого термоядерного синтеза значительно продвинулась вперед и предлагает жизнеспособный источник доступной энергии с нулевым уровнем выбросов для развития мировой экономики. Наша технология доступна для массового производства, поэтому каждый житель планеты может иметь доступ к своему собственному независимому источнику энергии».

По всей видимости, речь идёт об электрохимически индуцированном ядерном синтезе, в ходе которого в электролитической ячейке происходит слияние изотопов водорода на электродах в присутствии катализатора. «Энергетические элементы соединяют ядра водорода, производя фотоны или свет, а также непосредственно электроны или электричество. В настоящее время они производят электроэнергию в масштабе от милливатт до десятков киловатт», — как объясняет работу элемента EnergiCells пресс-релиз компании.

Инвестор поручил разобраться с изобретением учёного с мировым именем, Жан-Полю Бибериану (Jean-Paul Biberian), в активе у которого более 80 работ в сфере LENR (low-energy nuclear reactions, низкоэнергетических ядерных реакций). После экспертизы учёный заявил: «Технология способна обеспечить непрерывную работу, производя киловатты выходной энергии, при этом чистая выходная мощность в три раза превышает потребляемую».

По словам Тютиной, у компании есть несколько промышленных заказчиков, которые доверяют этой технологии и проявили интерес к оборудованию EnergiCell мощностью от 3 МВт до 8 ГВт. Ранее представители компании делали доклады на европейских конференциях по энергетике, заверяя коллег, что технология EnergiCell не имеет побочных последствий и не производит вредных выбросов. Эксплуатация энергетических объектов с установками EnergiCell будет не дороже эксплуатации электростанций на ископаемом топливе за исключением того, что топливо не придётся покупать. Установки производят электричество и тепло. Специальная настройка допускает генерацию водорода и кислорода.

На одном из последних семинаров генеральный директор Международного общества ядерных исследований конденсированных сред (ISCMNS) Алан Смит (Alan Smith), сказал: «Если бы мне пришлось делать ставку на то, какие компании LENR первыми выйдут на рынок, ENG8 вошла бы в число двух лучших».

«Наши автономные энергетические ячейки обладают потенциалом для децентрализации производства энергии, обезуглероживания экономики и снижения цен на энергоносители. Это не просто продукт; это кардинальный сдвиг в сторону создания более чистой и устойчивой энергетики и более справедливого мира», — заявили в компании.

Amazon объявила о трёх новых соглашениях на проектирование и строительство малых модульных реакторов (Small Modular Reactor, SMR). Эти ядерные реакторы значительно меньше традиционных, что позволяет быстрее их строить и размещать ближе к потребителю. Microsoft и Google также недавно сообщили о подобных инвестициях в ядерную энергетику.

Источник изображения: Amazon

Один из проектов Amazon подразумевает разработку четырёх SMR совместно с Energy Northwest, вашингтонским консорциумом государственных коммунальных предприятий. Первоначальная генерируемая мощность составит около 320 мегаватт с потенциалом до 960 мегаватт. Одновременно заключено соглашение с компанией X-energy — разработчиком передовой конструкции ядерного реактора для проекта Energy Northwest.

На противоположном побережье США Amazon совместно с коммунальной компанией Вирджинии Dominion Energy изучает возможность постройки SMR вблизи существующей атомной электростанции. Это обеспечит дополнительную генерацию порядка 300 мегаватт электроэнергии.

Amazon утверждает, что эти проекты создадут новые рабочие места, например, соглашение с Energy Northwest приведёт к созданию 1000 временных рабочих мест на время строительства и около 100 постоянных рабочих мест после запуска реактора.

Этим летом Amazon объявила, что достигла своей цели по обеспечению соответствия своего потребления энергии возобновляемым источникам энергии на семь лет раньше, чем планировала. Однако некоторые сотрудники Amazon и эксперты по охране окружающей среды обвинили компанию в «искажении правды». Они утверждают, что объекты солнечной и ветровой энергетики используются всей энергосистемой, а не только Amazon.

Google объявила о подписании соглашения со стартапом в области ядерной энергетики Kairos Power о строительстве небольших реакторов для снабжения электроэнергией своих центров обработки данных. В рамках соглашения компания получит 500 МВт безуглеродной электроэнергии — сейчас спрос на источники питания для ЦОД и ИИ резко вырос.

Источник изображений: youtube.com/@Google

Новые электростанции, сообщили в Google, должны быть введены в эксплуатацию к концу десятилетия. Пока отсутствует ясность, будут ли объекты компании подключаться напрямую, то есть «вне счётчика», или электроэнергия будет подаваться в общую сеть. Google следует примеру Microsoft и Amazon, которые для удовлетворения своей потребности в электроэнергии обратились к ядерной энергетике. В марте Amazon сообщила о намерении построить в штате Пенсильвания ЦОД и напрямую подключить его к близлежащей АЭС; Microsoft в сентябре договорилась с Constellation Energy о перезапуске реактора в Three Mile Island, который был закрыт в 2019 году.

Если Kairos уложится до 2030 года, она опередит собственные прогнозы — ещё в июле компания планировала запустить коммерческую эксплуатацию своих объектов к началу 2030-х годов. Но ей придётся состязаться со стартапами, которые выбрали направление термоядерного синтеза — они намереваются запустить промышленные электростанции до 2035 года. Kairos — стартап, который специализируется на малых модульных ядерных реакторах (SMR), которые обещают удешевить и ускорить строительство атомных электростанций. Большинство существующих АЭС представляют собой масштабные объекты, вырабатывающие от 1000 МВт, но их проектирование занимает годы, а строительство требует десятилетий. В 2023 и 2024 годах в американской Джорджии были введены в эксплуатацию блоки Vogtle 3 и 4 — до этого новый объект был запущен лишь в 2016 году; запуск блоков запоздал на семь лет, а бюджет был превышен на $17 млрд.

Стартапы в области SMR пытаются сделать строительство ядерных реакторов быстрее и дешевле, используя методы массового производства, что способствует сокращению затрат и ускорению строительства. Kairos, вдобавок, предлагает охлаждать реакторы не водой, а расплавленными солями фторида лития и фторида бериллия; компания также получила одобрение на строительство демонстрационного реактора мощностью 35 МВт. Однако пока коммерческие SMR ещё не введены в эксплуатацию, их экономика остаётся в значительной степени непроверенной. Конструкции Kairos на основе расплавленных солей ещё предстоит доказать свои преимущества перед водяным охлаждением, за которым стоят десятилетия опыта.

Важным аспектом остаётся и общественное мнение: 56 % американцев поддерживают ядерную энергетику, а 44 % остаются её противниками, согласно данным Pew Research. Этот показатель может измениться, когда будут выбраны места для установки реакторов: респондентов спрашивали о перспективах отрасли в целом, но не предупреждали, что реакторы могут появиться неподалёку от населённых пунктов. Намного больше людей поддерживают ветровую и солнечную энергетику — они доступны уже сегодня и обходятся дешевле, чем новые АЭС.

Крупнейший в мире термоядерный реактор JT-60SA, созданный в рамках совместного проекта Японии и Европы, сумел достичь объёма плазмы в 160 м³. На сегодняшний день это достижение является мировым рекордом, и оно было официально зафиксировано представителями Книги рекордов Гиннесса.

Источник изображения: interestingengineering.com

Экспериментальное устройство JT-60SA известно как крупнейший в мире токамак. Она находится в городе Нака в префектуре Ибараки в Японии. Установка была запущена в прошлом году с целью скорейшего начала практического применения энергии термоядерного синтеза.

В ходе одного из экспериментов на JT-60SA, проведённого в начале сентября, учёными был достигнут объём плазмы в 160 м³, что значительно превосходит предыдущий рекорд в 100 м³ плазмы. Об этом сообщили в Японском национальном институте квантовых и радиологических наук. В дальнейшем учёные планируют применить знания, которые были получены при создании JT-60SA, в других термоядерных реакторах, включая европейскую установку ITER.

Для удержания плазмы внутри камеры реактора используется сочетание создаваемого катушками внешних сверхпроводящих магнитов тороидального магнитного поля и радиального полоидального поля, возникающего при прохождении тока в плазме. В установке задействованы сверхпроводящие магниты, охлаждённые до -269 градусов. Это позволяет удерживать внутри камеры плазму, температура которой может достигать 100 млн градусов.

Полученные в ходе экспериментов данные могут способствовать достижению контроля плазмы в больших объёмах, что будет полезно в ходе дальнейшей работы с ещё более крупными реакторами ITER и DEMO. Установка DEMO будет создана на основе JT-60SA и ITER, она будет представлять собой устройство для демонстрации процесса выработки электроэнергии и экономической эффективности термоядерной энергии.

Крупнейшее в мире сертификационное общество — Lloyd's Register — опубликовало отчёт о перспективах перехода суперъяхт на атомные силовые установки. Этого требует климатическая повестка и здравый рассудок, считают в ассоциации, которая задаёт тон судопроизводству и судоходству во всём мире. Военно-морской флот ведущих стран свыше 70 лет используют атомные силовые установки на подводных лодках, так что это проверенная временем и безопасная технология.

Яхта Проекта 821 на водородных топливных ячейках. Следующая атомная? Источник изображений: Feadship

Очевидным эффектом от перехода на атомную энергию в сфере элитного яхтинга станет прекращение парниковых выбросов от сжигания двигателями яхт дизельного топлива. Острота проблемы подчёркивается тем, что небольшая, в общем-то, прослойка сверхбогатых граждан на суперъяхтах вносит значительный вклад в увеличение температуры Земли. Но, как отмечают в отчёте аналитики Lloyd's Register, выгод от перевода яхт на атомные силовые установки заметно больше одной.

Во-первых, атомный привод и запас топлива для него будут занимать на яхте ощутимо меньше места, чем запас дизельного топлива и соответствующая силовая установка. Даже оснащение яхт новомодными водородными ячейками и запасом сжатого водорода не избавляет от необходимости содержать дизельную установку и запас топлива для длительных переходов. Освобождение пространства на яхтах от запасов дизеля и двигателей предоставит больше места для удобств пассажирам.

Во-вторых, атомное топливо на основе урана может десятилетиями вырабатывать мощность без замены. С учётом опыта подводных лодок, перезагрузка может потребоваться раз в 30 лет. Это даёт возможность не только экономить на затратах на топливо в долгосрочной перспективе (в краткосрочной оно будет дороже заправки дизелем), но также обеспечит свободное передвижение по всем морям и океанам без необходимости куда-то заходить на дозаправку.

«Атомная энергия обладает потенциалом для таких же преобразований в судоходстве, как переход от дерева к железу или от парусов к пару, — сказал Энгель-Ян де Бур (Engel-Jan de Boer), директор мирового яхтенного сегмента Lloyd's Register, в пресс-релизе. — В отличие от альтернативных видов топлива, которые могли бы служить прямой заменой традиционным системам, работающим на мазуте, атомная энергетика представляет собой фундаментальный сдвиг, который может изменить яхтинг класса люкс».

Вопрос, на который необходимо ответить, заключается в том, когда яхты должны перейти на такую силовую установку. Согласно отчёту, владельцы яхт разделились во мнениях относительно того, следует ли вносить эти изменения до конца десятилетия или внедрять их в течение более длительного периода после того, как разрабатываемые технологии достигнут определенной зрелости. Например, когда начнётся сертификация и внедрение малых модульных реакторов. В любом случае, создаётся впечатление, что появление атомных силовых установок для яхт — лишь вопрос времени.

Westinghouse Electric выполнила операции, необходимые для начала массового производства передовых атомных микрореакторов eVinci. Она подала пакет документов в Комиссию по ядерному регулированию США (NRC), чтобы ускорить одобрение заявки на начало массового производства установок. По планам Westinghouse, уже к началу 2030 года в мире будет установлено множество микрореакторов компании, которые помогут обеспечить климатические изменения.

Источник изображений: Westinghouse Electric

Компактные атомные реакторы должны стать более предпочтительной альтернативой строительству полномасштабных атомных энергоблоков. Малые реакторы — это почти как батарейки. Они легко заменяются на новые или простым образом перезагружаются, поскольку достаточно компактные, чтобы поместиться в стандартный транспортный контейнер для отправки на завод по восстановлению и обратно. Разовой загрузки безопасным ядерным топливом хватит на более чем 8 лет работы реактора, после чего его можно будет заменить на такой же, либо загрузить в него новое топливо.

Внешний диаметр микрореактора Westinghouse eVinci — меньше 3 м. Обслуживающий реактор комплекс строится в кратчайшие сроки — за год или меньше на скромной площади около 8000 м². Всё располагается на поверхности с минимальным числом обслуживающего персонала, которому не будет требоваться особая квалификация. Большую часть работы будет делать автоматика. Задача людей — следить за общей обстановкой на площадке.

Микрореактор eVinci — это предельно простая конструкция, не имеющая движущихся частей. Тепло от распада ядерного топлива передаётся монолитной стальной станине, от которой оно пассивно отводится с помощью тепловых трубок, заполненных щелочными металлами. Почти как в случае охлаждения процессора кулером на тепловых трубках. Затем тепло утилизируется в генераторе электричества и в системе обогрева помещений. Возможность аварии и утечки радиоактивного вещества сведена к минимуму или даже вовсе исключена.

Тепловая мощность реактора eVinci достигает 15 МВт. Его электрическая мощность составляет 5 МВт. Это источник тепла и электричества для небольших городков, удалённых военных баз, ЦОД, геологических партий и удобный буфер для электростанций на возобновляемых источниках энергии. При разработке микрореактора компания Westinghouse использовала «космические» технологии и также рассчитывает, что реакторы eVinci или его последователи продолжат работу за пределами атмосферы Земли — на Луне, Марсе и в открытом космосе.

Но космос — это следующий этап. Пока Westinghouse намерена захватить значительную долю рынка микрореакторов на Земле. Есть договорённости о размещении этих установок в Канаде и в Восточной Европе. Дело за малым — получить необходимый пакет документов от национального регулятора. Поданный на днях регулятору «Предварительный отчет о проекте безопасности» (PSDR) для микрореактора eVinci стал важной вехой на пути к коммерциализации этой установки. Дальше будет разрешение и начало производства установок, которые должны быстро появиться во многих частях нашей планеты.

—

Старшеклассник Кардиффского колледжа в Великобритании создал первый в мире школьный термоядерный реактор, который смог получить плазму. Самым сложным было убедить учителей в безопасности проекта, когда он пришёл к ним с этим предложением. После полутора лет работы и с затратами чуть выше $10 тыс. проект был воплощён в железе и добыл первую плазму.

Школьный инерциальный электростатический термоядерный реактор. Источник изображения: Cesare Mencarini

Разработку настольного термоядерного реактора предложил 17-летний Чезаре Менкарини (Cesare Mencarini). Работа выполнялась в рамках двухлетней образовательной программ A-Levels, которая даёт возможность подготовиться для поступления в высшие учебные заведения страны или зарубежные. Первой реакцией преподавателей на предложение построить в школе термоядерный реактор было беспокойство о последствиях его запуска. Также студент затребовал значительную сумму на расходы — £20 тыс. В итоге он получил разрешение и всего £8 тыс., что заставило серьёзно поработать над оптимизацией конструкции реактора.

Источники и сам проектировщик не сообщают о параметрах достигнутой в реакторе плазмы (она была получена в июне 2024 года). Заявлено только о достижении разрежения в рабочей камере на уровне 0,008 мм ртутного столба с помощью вакуумного насоса TRIVAC D 2.5 E и о подаче питания напряжением 30 кВ от источника питания Unilab мощностью 5 кВ. Поскольку токи там предельно слабые, школьная электропроводка не рисковала пострадать.

Плазма в рабочей камере школьного реактора

Созданный школьником реактор был показан на Кембриджском фестивале науки, где получил высокую оценку и заслуженный интерес посетителей. В мире, где все начинают кичиться цифровыми достижениями, представить что-то материальное и из ряда вон выходящее — такое дорогого стоит.

С другой стороны, созданный Чезаре реактор не является чем-то исключительным. Это так называемый фузор. В Книге рекордов Гиннеса есть свой рекордсмен по созданию термоядерных реакторов (фузоров) — это американский школьник Джексон Освальт, получивший первую плазму в 12 лет.

Группа учёных из Лихайского университета (Lehigh University) в штате Пенсильвания несколько последних лет использует для моделирования неустойчивости плазмы на границе раздела сред обычный майонез. Его поведение достаточно точно имитирует физику топливных капсул в ходе реакции инерциального управляемого термоядерного синтеза. Новая работа учёных посвящена изучению фаз неустойчивости плазмы на основе наблюдений за поведением майонеза на стенде.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как известно, инерциальный управляемый термоядерный синтез опирается на удар лазерами (или током) по топливной капсуле в центре мишени. Около двух лет назад на установке NIF в США впервые получили больше энергии на выходе, чем понадобилось для запуска термоядерной реакции. Тем не менее, реакция бомбардировки капсулы с топливом дейтерий-тритий не всегда проходит гладко. Она может взорваться не успев дать плазме прореагировать. Часть топлива успевает превратиться в газ (плазму), а часть остаётся в жидком состоянии. Майонез позволяет воссоздавать похожие процессы, которые поддаются упрощённому и безопасному анализу без постановки дорогостоящих экспериментов.

«Мы всё еще работаем над той же проблемой, которая заключается в [изучении] структурной целостности термоядерных капсул, используемых в термоядерном синтезе с инерционным удержанием, и настоящий майонез Hellmann's по-прежнему помогает нам в поиске решений», — сказал Ариндам Банерджи (Arindam Banerjee), профессор машиностроения и механики в Лихайском университете и заведующий кафедрой термоядерного синтеза.

«Мы используем майонез, потому что он ведет себя как твердый продукт, но при воздействии перепада давления он начинает течь, — поясняют авторы работы. — Использование соуса также устраняет необходимость в высоких температурах и давлении, которые чрезвычайно трудно контролировать».

Для своих экспериментов с майонезом исследователи создали специально изготовленное и единственное в своём роде вращающееся колесо, чтобы имитировать условия течения плазмы. Как только ускорение превышало критическое значение, майонез начинал течь. В частности, учёные выяснили, что майонез ещё до начала неустойчивости проходил через несколько фазовых состояний. По мере приложения усилия к нему он становился податливым и затем переходил в стабильную пластичную фазу. На следующем этапе воздействия майонез начинал течь, и именно тогда возникала неустойчивость.

По словам учёных, понимание перехода между упругой фазой и стабильной пластичной фазой имеет решающее значение, поскольку знание того, когда начинаются пластические деформации, может подсказать исследователям, когда наступит нестабильность. В новой работе учёные пытались контролировать состояние майонеза, чтобы он оставался в пределах этой эластичной или стабильно пластичной фазы. Иначе говоря, чтобы «плазма» оставалась в устойчивом состоянии и не грозила бы неконтролируемым взрывом топливной капсулы.

Работа помогла измерить условия для восстановления устойчивого состояния плазмы, что стало первой работой в мире на эту тему. Другой вопрос, как соотнести полученные на майонезе результаты с настоящей плазмой в термоядерном реакторе? На него у учёных пока нет однозначного ответа. Но они над этим работают.

Компания Kairos Power сообщила, что приступила к строительству первого за 50 лет в США атомного реактора, работающего не на воде, а на расплаве солей. Установка в виде демонстратора будет построена к 2028 году в Ок-Ридже, штат Теннеси. Реактор не будет вырабатывать электрическую энергию — он послужит основой для проектирования полноценной атомной электростанции четвёртого поколения.

Принцип работы установки с реактором Hermes. Источник изображения: Kairos Power

Строительные работы начались 17 июля 2024 года, о чём компания сообщила на днях. Параллельно с ядерным объектом Hermes там же будет создан неядерный демонстратор ETU 3.0 для обкатки технологий и конструктивных решений без риска получить облучение. Реактор Hermes стал первым реактором четвёртого поколения, который получил разрешение на строительство от национального регулятора. Близкий ему по духу реактор четвёртого поколения компании TerraPower Билла Гейтса всё ещё ждёт такого разрешения.

Реактор Hermes в своей основе похож на запущенный в Китае ещё в 2022 году высокотемпературный газоохлаждаемый реактор с галечным слоем (HTR-PM). Только галечный слой в американском реакторе будет охлаждаться не гелием, а расплавом фторидных солей. По мнению американских инженеров, это безопаснее и эффективнее с сохранением всех остальных преимуществ реакторов с галечным слоем, включая самостоятельную (пассивную) стабилизацию активной зоны реактора в случае аварии.

Схема реактора

Топливом для такого реактора служит «галька» — шарики диаметром около 6 см с маковым зёрнышком уранового топлива внутри (это так называемые микротвэлы TRISO). Свежие шарики засыпаются в бункер активной зоны сверху и постепенно отбираются снизу после выгорания топлива. Теплоносителем в таком реакторе служат расплавы солей. Они передают тепло (585 °C) во второй контур реактора, тоже солевой, а тот нагревает воду и превращает её в пар для вращения турбины и получения электричества.

В случае аварии и отказа помпы для прокачки расплава через активную зону реактора, расплав в процессе естественной конвекции охлаждает реактор, а реакция распада автоматически затухает за счёт эффекта доплеровского уширения. Недавно в Китае провели эксперимент по имитации аварии на реакторе HTR-PM. Температура и реакция в активной зоне сами собой стабилизировались через 35 часов, а реакция распада топлива начала снижать интенсивность уже через несколько минут. Аналогичным образом будет вести себя в случае аварии американский реактор с галечным слоем.

«Hermes — ключевой шаг на пути к внедрению передовых реакторных технологий, способных изменить наш энергетический ландшафт, — сказал Майк Лауфер (Mike Laufer), генеральный директор и соучредитель Kairos Power. — Уроки, которые мы извлечём из строительства и эксплуатации этого реактора, будут бесценны для продолжения инноваций в нашей программе испытаний и ускорения прогресса Kairos Power в направлении обеспечения подлинной определенности затрат для наших клиентов».

Добавим, строительство установки Hermes поддержано грантом Министерства энергетики США на сумму $303 млн. Его завершение ожидается в 2027 году.

Физики Висконсинского университета в Мэдисоне сообщили о знаковом достижении — они сумели на порядок увеличить плотность плазмы в термоядерном реакторе типа токамак. Ранее это считалось невозможным, поскольку существует предел для этой величины. По крайней мере, немыслимо было мечтать о 10-кратном превышении порога, что также ведёт к увеличению выхода энергии рукотворной термоядерной реакции.

Madison Symmetric Torus. Источник изображения: University of Wisconsin-Madison

Справедливости ради отметим, что учёные из Висконсина провели работу на университетском реакторе Madison Symmetric Torus (MST). Эта установка отличается от классического токамака управлением и рядом особенностей конструкции и, наверное, ближе к стеллараторам, чем к токамакам. Точное название этого типа токамака — пинч с обращённым полем (Reversed Field Pinch). Установка RFP изначально обеспечивает повышенную по сравнению с классическими токамаками плотность плазмы, но сути открытия это не меняет. Учёные смогли в 10 раз повысить плотность плазмы внутри рабочей камеры и могут помочь распространить свой метод на другие типы токамаков.

Предел плотности плазмы в рабочей камере токамака называют пределом Гринвальда. Эта величина получена опытным путём и не до конца обоснована теорией. Учёные из Висконсина считают ключом к своему успеху два момента: особенность конструкции токамака MST (прежде всего, более толстые стенки рабочей камеры, что стабилизирует магнитные поля в рабочей зоне), а также особенный источник питания, который допускает регулировку на основе обратной связи (опять же, решающее значение для стабильности).

«Максимальная плотность, по-видимому, устанавливается аппаратными ограничениями, а не нестабильностью плазмы», — пишут исследователи. Две ключевые характеристики токамака MST, похоже, сыграли в этом открытии решающую роль, которую ещё предстоит изучить и объяснить.

«Остаются вопросы о том, почему, в частности, MST способен работать с превышением порога Гринвальда и до какой степени эта способность может быть расширена до более высокопроизводительных устройств», — делятся учёные в статье в журнале Physical Review Letters. Ответы на эти вопросы, надо полагать, способны приблизить тот светлый миг, когда на Земле зажжётся «искусственное Солнце». И хорошо, если учёные будут понимать, почему и как это происходит без догадок и белых пятен в теории и на практике.

Три года назад в Китае был построен первый в мире атомный реактор на расплаве солей тория. Его тепловая мощность составила 2 МВт. Электричество он не производил. Эксперимент оказался удачным, что создало основу для строительства в Китае первой в мире АЭС на расплаве солей тория. Строительство АЭС и реактора тепловой мощностью 60 МВт стартует в 2025 году. Он сможет вырабатывать 10 МВт электрической мощности, что станет первым таким решением в мире.

Источник изображения: Chinese Academy of Sciences

Первый экспериментальный реактор на жидкосолевом расплаве тория был построен в США около 60 лет назад. Решение было интересным, но сложным в эксплуатации по причине высочайшей коррозии труб для транспорта солевого расплава. В США нашли это решение невыгодным и вскоре демонтировали реактор. Но выгодные стороны жидкосолевых реакторов тоже никуда не делись.

Топливо в реакторы на расплаве солей подаётся в смеси с хладагентом, которым являются сами расплавы. Такой реактор не сможет взорваться во время аварийной остановки подобно реактору на воде. Соль просто остынет без значительного выброса радиоактивного вещества, даже если возникнет прорыв первого контура. До сих пор массовое производство подобных реакторов останавливало отсутствие устойчивых к окислению при высокой температуре материалов. Построив и начав эксплуатацию 2-МВт реактора в пустыне Гоби (примерно в 120 км к северо-западу от города Увэй, провинция Ганьсу), Китай доказал, что на этом направлении возможен прорыв.

На практике были испытаны некоторые революционные технологии, включая жаропрочные сплавы, способные противостоять высоким температурам, радиации и химической коррозии. Этот небольшой реактор получил разрешение на эксплуатацию от Управления ядерной безопасности Китая в июне прошлого года и в октябре достиг критической (устойчивой) цепной ядерной реакции.

Новый и более мощный ториевый реактор тепловой мощностью 60 МВт и электрической 10 МВт будет построен недалеко от первого реактора на площадке размерами меньше футбольного поля. Расплав с топливом после прохождения активной зоны реактора будет нагревать второй контур тоже с солевым расплавом. Второй контур будет приводить в действие турбину, используя для этого углекислый газ.

Завершение строительства объекта и его сдача в эксплуатацию ожидается в 2029 году. Для Китая будет иметь немаловажное значение использование тория в качестве основного компонента топлива (туда всё равно придётся добавлять уран или другие радиоактивные материалы) — его запасов в стране хватит на 20 тыс. лет эксплуатации атомных станций на расплавах солей, тогда как своего урана у Китая на всё не хватает.

В США, кстати, тоже пытаются на новом уровне возродить тот древний проект. Этим занята компания TerraPower Билла Гейтса, которая строит реактор на расплаве солей натрия.

Испытания международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) будут отложены на годы, а затраты возрастут на $5,4 млрд. Это нанесёт новый удар по и без того невероятно дорогому крупнейшему в мире эксперименту по термоядерной энергетике. Согласно первоначальному плану, первую плазму на ИТЭР, который строится во Франции с участием 33 стран, включая Россию, должны были получить в 2025 году. Теперь это официально признано невозможным.

Сектора вакуумной камеры, где должна циркулировать плазма, оказались изготовленными с несоблюдением размеров, также выявлены дефекты сварки в трубах системы охлаждения. Эти проблемы вынуждают усомниться, что термоядерный синтез, как источник безграничной чистой энергии, будет запущен на ИТЭР в обозримом будущем.

Новый глава ИТЭР — Пьетро Барабаски (Pietro Barabaschi) — подчеркнул, что даже без выявления брака прежние сроки выдержать было нельзя, настолько затянулось строительство. «Конечно, задержка ИТЭР идёт не в правильном направлении, — заявил Барабаски во время сегодняшнего брифинга. — Что касается влияния ядерного синтеза на проблемы, с которыми сейчас сталкивается человечество, нам не следует ждать, пока ядерный синтез решит их. Это неразумно».

Ранее Барабаски уже сообщил, что начальная фаза операций, которая заключается в запуске дейтерий-дейтериевых реакций для синтеза трития, перенесена на 2035 год, а полноценные испытания реактора теперь начнутся не раньше 2039 года, что на четыре года отстаёт прежних прогнозов.

Источник изображения: ITER

Уже второй раз за восемь лет ИТЭР приходится пересматривать свой бюджет и сроки. Первоначально планировалось, что стоимость проекта составит около $5 млрд, а испытания начнутся в 2020 году. На сегодняшний день бюджет превысил $22 млрд, а дата испытаний не установлена. Дополнительные расходы, по словам Барабаски, составят около $5,4 млрд.

Задержка ИТЭР может привести к тому, что на первый план выйдут термоядерные проекты, финансируемыми из частных источников. Компании Commonwealth Fusion Systems и Tokamak Energy используют меньшие версии такого же реактора и планируют начать испытания прототипов в этом десятилетии.

Источник изображения: Culham Centre for Fusion Energy

Барабаски «очень скептически относится» к тому, что любые стартапы, обещающие коммерческую эксплуатацию к 2040 году, смогут достигнуть своих целей. «Даже если бы сегодня нам удалось запустить термоядерный синтез, я не верю, что мы сможем осуществить его коммерческое внедрение к 2040 году, — сказал он. — Нам придётся решить ряд других технических проблем, чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным».