Китайские источники сообщили о достижении важного рубежа в атомной энергетике страны. Ранее построенный в Поднебесной экспериментальный ториевый реактор на расплаве солей достиг пика своей выработки, был перегружен и продолжил работу. Тем самым проект продемонстрировал возможность функционирования в полном цикле, что стало наилучшим подтверждением правильности выбранной архитектуры. Других подобных реакторов в мире просто не существует.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Запасы тория на Земле огромны. Более того, торий можно извлекать из отходов, образующихся при добыче редкоземельных элементов. Китай, являющийся главным поставщиком редкоземельного сырья на планете, буквально завален такими отходами. У страны крайне ограниченные запасы урановой руды, но в тории она себе может не отказывать — его запасов хватит для работы атомных реакторов в Китае на сотни тысяч лет.

Напрямую торий нельзя использовать в качестве радиоактивного топлива для запуска реакции распада в реакторе. Его в серии преобразований изотопов превращают в уран-233, который затем используется в реакторе. Особенность загрузки топлива в реактор на расплаве солей заключается в том, что расплав служит одновременно и теплоносителем, и переносчиком топлива. Китайские разработчики смогли организовать процесс загрузки, работы, выгрузки и повторной загрузки реактора, обеспечив ему полный цикл обслуживания.

Мощность экспериментального реактора на ториевом топливе составляет 2 МВт, а вырабатываемая электрическая мощность — 1 МВт. Реактор вышел на полную мощность в июне 2024 года, а спустя четыре месяца был перезагружен для работы в новом цикле. Поскольку проект доказал свою работоспособность, в этом году начнётся строительство более мощного ториево-солевого реактора — с тепловой мощностью 60 МВт и электрической мощностью 10 МВт. Этот реактор должен начать работу в 2030 году. Успешный ввод второго реактора в эксплуатацию откроет путь к строительству 100-мегаваттного ториево-солевого реактора.

Первый реактор построен в пустыне Гоби. Ему не требуется вода для охлаждения, что расширяет географию строительства АЭС в Китае. Второй реактор также будет построен в пустынной местности. Это — хороший пример для ближневосточных стран, где вода всегда в дефиците. Для Китая это также возможность развивать экспорт атомных технологий. В США однажды был построен опытный реактор на расплаве солей, но он был выведен из эксплуатации в 1969 году. Китай учёл этот опыт и пошёл дальше.

Компания Type One Energy из Теннесси собирается построить первый в США термоядерный реактор, разработка которого полностью завершена. Первым и крупнейшим клиентом компании стала государственная корпорация TVA (Tennessee Valley Authority) — поставщик электроэнергии крупнейшим операторам ЦОД в США. Строительство пилотной установки начнётся в 2026 году, а запуск намечен на 2029 год. До термояда в США остались считанные годы.

Рендер стелларатор Proxima Fusion. Источник изображения: Proxima Fusion

В марте в специальном выпуске журнала Journal of Plasma Physics вышли шесть рецензируемых статей авторства разработчиков Type One Energy, а также редакционная статья, посвящённая реактору компании. В публикациях подробно рассказано об устройстве термоядерного реактора и о лежащей в его основе физике.

«Нам не нужен научный прорыв, чтобы понять, как мы собираемся это сделать. Нет никаких фундаментальных технических неизвестных, которые нам нужно было бы выяснить», — заявил ведущий научный и инженерный сотрудник Type One Energy Джон Каник (John Canik).

В компании считают, что выполненные её сотрудниками более 70 тысяч расчётов на суперкомпьютерах дают полное представление о физике процесса. Однако, как нетрудно догадаться, остаётся немало инженерных трудностей, которые ещё предстоит преодолеть.

В общем случае компания Type One Energy разработала стелларатор — тип термоядерного реактора, который обещает быть компактнее токамаков, придуманных ранее. В некотором смысле стелларатор Type One Energy будет конкурировать с аналогичной немецкой разработкой — стелларатором компании Proxima Fusion.

Обе компании, кстати, принимали участие в создании немецкой термоядерной установки Wendelstein 7-X, а также сотрудничали с учёными из знаменитой Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Компания Proxima Fusion также нацелена на американский рынок и будет конкурировать за него с Type One Energy.

Место для строительства экспериментальной установки Infinity One уже выбрано — это закрытая угольная станция Bull Run в штате Теннесси. Строительные работы начнутся в 2026 году, запуск установки намечен на 2029 год. Установка Infinity Two, которая будет построена по контракту с Tennessee Valley Authority, станет следующим этапом. Место для неё пока не выбрано, но она уже будет полноценной термоядерной электростанцией, способной вырабатывать электроэнергию.

Стартап Type One Energy был создан в 2019 году. Первые инвестиции компания привлекла в 2023 году ($29 млн). В 2024 году компания уже собрала $82,4 млн, включая средства одного из фондов Билла Гейтса. В текущем году денежный поток, по прогнозам, может достичь и даже превысить $200 млн. Договор о строительстве термоядерной электростанции (ТЯЭС) с Tennessee Valley Authority был заключён в феврале 2025 года. Эта позитивная новость наверняка дополнительно подогреет интерес к теме управляемых термоядерных реакций.

Сообщается, что модернизированный два года назад китайский токамак Huanliu-3 (HL-3) в Чэнду приблизился к порогу запуска самоподдерживающейся термоядерной реакции. В ходе серии экспериментов реактор достиг «двойного барьера нагрева» — температуры более 100 млн °C. Этот порог был превышен как электронной плазмой, так и ионной, о чём впервые сообщается в открытых источниках. Ранее такая информация была засекречена.

Источник изображения: CCTV

«В ходе нашего эксперимента был достигнут рубеж в 100 миллионов градусов, а также значительный скачок в общей производительности термоядерного синтеза. Это означает, что исследования в области термоядерного синтеза в Китае вступают в фазу горения плазмы», — заявил в интервью государственному телеканалу CCTV Чжун Вулу (Zhong Wulu), главный конструктор HL-3.

Реактор HL-3 — это новый токамак, введённый в эксплуатацию в декабре 2020 года под названием HL-2M. Тогда китайским учёным удалось удерживать электронную плазму с температурой 160 млн °C в течение 20 секунд. После модернизации в 2023 году реактор переименовали в HL-3. Обновление системы разогрева электронного пучка микроволновыми установками, а также ряд других усовершенствований позволили разогреть ионную плазму до 117 млн °C. Это абсолютный рекорд для рукотворного термоядерного синтеза. Ранее ионную плазму до 100 млн °C разогревал только южнокорейский токамак KSTAR.

Китайские учёные отметили высокую стабильность плазменного ионного пучка в реакторе, однако не раскрыли подробностей в интервью телеканалу. Для дальнейшего продвижения к запуску «искусственного солнца» на Земле — самоподдерживающейся термоядерной реакции — необходимо увеличить продолжительность и температуру реакции в токамаке. До этого момента осталось совсем немного, но именно этот последний шаг является самым сложным вызовом для учёных.

Реактор HL-3 ожидает ещё одна модернизация, после чего существует высокая вероятность запуска на нём реакции ядерного синтеза — подобно процессам, происходящим в недрах настоящих звёзд.

Учёные Национальной лаборатории Айдахо (INL) сообщили о серьёзном продвижении в создании технологии для производства ядерного топлива для малых модульных реакторов на расплавах солей. Это будут ультрасовременные, безопасные и эффективные реакторы, первым из которых обещает стать установка Natrium компании TerraPower, главным инвестором которой считается Билл Гейтс (Bill Gates).

Источник изображений: INL

Исследователи INL совершили прорыв в производстве солей урана, подходящих для реакций деления в реакторах на расплавах хлоридных солей. Реактор на расплаве солей грубо похож на обычный трубопровод, в который с одной стороны подаётся смесь соли-носителя и топлива. Смесь разогревается до 600–900 °C, и на выходе из «трубы» отбирается для переработки и частичной утилизации, но в основном идёт для новой загрузки в реактор снова и снова.

Поскольку реактор на расплаве солей работает при обычном атмосферном давлении, риск аварий сведён к минимуму. Радиоактивных отходов тоже немного. Из явных проблем была только одна серьёзная — с топливом, которое в виде так называемого топлива HALEU (металлического высокопробного низкообогащённого урана) почти в полном объёме закупалось (и закупается) в России.

Исследователи INL с 2020 года работают над производством топлива для реакторов на расплавах солей в США. Для большей эффективности, с целью достичь в этом 90 %, было решено использовать обеднённый уран для создания аналогов трихлорида урана (UCl₃) или тетрахлорида урана (UCl₄). Эти соли уранового топлива хорошо растворяются в теплоносителе — в хлориде натрия, но их производство сопряжено с целым комплексом технологических трудностей. В частности, пять лет назад группа INL проекта MCRE (Molten Chloride Reactor Experiment, или, по-русски, экспериментальный реактор с расплавом хлорида) могла за один цикл производить не более 85 граммов топлива. В то же время для запуска реакции деления в реактор нужно было загрузить 3,5 т топлива.

Установка MCRE

Новая установка и недавно испытанный техпроцесс позволили за один цикл производить 18 кг топлива. Учёные назвали это прорывом и к октябрю 2025 года обещают синтезировать ещё пять подобных партий топлива. Весь полученный объём будет использован для испытаний материалов реактора на устойчивость к коррозии и высоким температурам — двум главным опасностям реакторов на расплавах солей.

«После многих лет экспериментов и доработок мы, наконец, нашли правильный процесс, чтобы добиться идеального результата, — говорят учёные проекта MCRE. — Требуется особая настойчивость, чтобы продолжать работать над проблемой, когда нет гарантии, что вы найдёте решение».

На площадке в Вайоминге компания TerraPower уже начала модернизацию инфраструктуры для будущего строительства реактора Natrium на расплавах солей. Запуск демонстратора ожидается в 2028 году, а коммерческой установки — в 2035. Остаётся надеяться, что к тому времени учёные создадут техпроцесс для производства достаточного объёма топлива для таких реакторов, поскольку 18 кг за цикл проблему не закроет даже в теории.

Компания General Fusion из Бернаби, Британская Колумбия (Канада), сообщила о получении первой плазмы на экспериментальном термоядерном реакторе Lawson Machine 26 (LM26). Запуск реактора знаменует собой начало 96-недельного эксперимента, который должен привести к переходу так называемой точки безубыточности — состояния, при котором выделяемая в процессе термоядерного синтеза энергия, равна энергии на запуск и поддержание реакции.

Источник изображения: General Fusion

На создание демонстратора LM26 ушло 16 месяцев. Это не первый и не последний прототип реактора перед созданием коммерческой термоядерной установки. Компания General Fusion стремится к этой цели более 20 лет с момента своего основания в 2002 году, оставаясь пока на значительном расстоянии от главной задачи — создания термоядерной установки хотя бы с нулевым выходом. Получение первой плазмы на LM26 даёт надежду на успешный эксперимент. Если всё пойдёт по плану, точка безубыточности будет достигнута в 2026 году.

Следует отметить, что точка безубыточности может быть научной и коммерческой. В первом случае учитывается только та энергия, которая затрачена непосредственно на поджиг термоядерного топлива. Эту точку впервые удалось достичь на установке National Ignition Facility (NIF) в США. В случае коммерческой точки безубыточности учитывается энергия всей системы, которая значительно превышает энергию, необходимую лишь для запуска термоядерной реакции. Этого пока не удалось достичь никому в мире.

Установка LM26 частично использует метод, применённый в NIF. В американской инерциальной системе поджига дейтерий-тритиевого топлива давление создаётся множеством сфокусированных лазерных лучей. В случае магнитно-инерционного синтеза (Magnetized Target Fusion, MTF) General Fusion давление на топливо создают одновременно магнитное поле и физическое сжатие рубашки внутри рабочей камеры реактора. Магнитное поле в момент искры сжимает образовавшуюся в реакторе плазму, а дополнительное давление создаёт ударная волна от сжимающейся рубашки. Интересно, что рубашка сжимается под действием паровых поршней — настоящий стимпанк.

В коммерческом термоядерном реакторе General Fusion рубашка будет состоять из жидкого металла — сплава лития и свинца. Она будет выполнять сразу несколько функций: задерживать нейтроны, возникающие во время ядерного синтеза, служить защитным экраном от радиации, а также работать в качестве теплоносителя, передающего тепло для последующей выработки энергии. В демонстрационной установке LM26 рубашка представляет собой оболочку из твёрдого лития, которую сжимают электромагниты.

Идею MTF-реактора предложили американские учёные ещё в 1970-х годах. Однако им не удалось добиться в нём устойчивой термоядерной реакции. В General Fusion считают, что проблема заключалась в недостаточно точном управлении поршнями, обеспечивающими сжатие оболочки и плазмы. Современные вычислительные системы способны решать такие задачи, и компания обещает доказать это уже в ближайший год.

Стартап Helion Energy сообщил, что выбрал участок для строительства первой в США термоядерной электростанции. Документы на площадку ещё не подписаны. Для запуска процесса предстоит получить одобрение местной общины, встреча с представителями которой состоится в марте. Разработчик уверен в своём выборе и скорейшем одобрении проекта, поскольку рассчитывает начать строительство уже этим летом.

Источник изображения: Helion Energy

Площадка выбрана в городе Малага, штат Вашингтон. Руководство компании в марте проведёт презентацию проекта и ответит на вопросы представителей общины. Поскольку термоядерные реакторы считаются практически безопасными и производят незначительное количество радиоактивных отходов (и это не отработанное топливо, а преимущественно оболочка рабочей камеры), компания не ожидает сложностей с согласованием. Более того, округ получит дешёвую электроэнергию и дополнительные поступления в бюджет.

Интересно, что выработка электроэнергии реактором Helion рассматривается как приятное дополнение. Главной продукцией синтеза должен стать изотоп гелий-3 — топливо для термоядерных реакторов. Реактор Polaris, прототип которого был завершён в начале осени 2024 года, сможет ежегодно вырабатывать до 20 тонн гелия-3. При этом его электрическая мощность составит 50 МВт, и на её покупку уже заключён контракт с компанией Microsoft. Фактически будущая электростанция в Малаге будет обслуживать серверы этого технологического гиганта.

Компания Helion Energy смело смотрит в будущее и уверена, что сможет реализовать проект в 30-х годах. Конструкция реактора Polaris (это уже восьмой прототип) — одна из самых уникальных и новаторских. Для съёма энергии планируется использовать эффект электромагнитной индукции: динамика плазмы в магнитном поле внутри реактора будет воздействовать на магнитное поле внешних магнитов, генерируя электричество во внешних обмотках. Никаких тепловых съёмников и турбин — всё максимально просто, компактно и с минимальным количеством узлов.

На этих инновациях Helion Energy собрала миллиарды инвестиций. Только в январе 2025 года компания привлекла очередной пакет финансирования в размере $425 млн. По итогам нового раунда капитализация Helion выросла до $5,245 млрд. Успешная компания верит в себя и в свои технологии и заражает этой уверенностью партнёров.

Молодая европейская компания Proxima Fusion представила проект термоядерного реактора Stellaris, запуск которого обещает осуществить в течение ближайших шести лет. Компанию организовали физики, ранее работавшие над проектом немецкого стеллатора Wendelstein 7-X. Имея за плечами годы работы в сфере термоядерных реакторов, они уверены в скором успехе, обещая добиться положительной термоядерной реакции уже в 2031 году.

Источник изображений: Proxima Fusion

По словам разработчика, Stellaris станет первой в мире реализацией интегрированной концепции коммерческой термоядерной электростанции, рассчитанной на непрерывную и надёжную работу. Подробно о проекте компания рассказала в свежей статье, опубликованной в журнале Fusion Engineering and Design. В основе проекта лежит передовая вычислительная оптимизация конструкции реактора (включая работу ИИ и нейросетей), высокотемпературные сверхпроводящие (HTS) магниты и квазиизодинамическая (QI) технология стелларатора, что в совокупности приближает термоядерную энергетику к этапу коммерциализации.

Проект Stellaris основан на результатах исследовательского эксперимента Wendelstein 7-X (W7-X) в Германии — самого продвинутого в мире прототипа стелларатора QI, который создал Институт физики плазмы Макса Планка при поддержке Федерального правительства Германии и ЕС. Стоимость проекта составила более €1,3 млрд (около $1,4 млрд).

С помощью прототипа стелларатора Alpha («Альфа») компания Proxima Fusion готова продемонстрировать чистую энергию термоядерного синтеза к 2031 году. В интервью EE Times генеральный директор Proxima Fusion Франческо Скиортино (Francesco Sciortino) отметил, что в течение следующего десятилетия будет проложен чёткий путь к термоядерному синтезу в энергосистеме, что позволит обеспечить энергетическую безопасность Европы и удовлетворить потребности мира в энергии.

Стелларатор и токамак — это одни из старейших и наиболее изученных типов термоядерных установок, каждая из которых представляет собой разновидность реализации термоядерного синтеза с магнитным удержанием. В стеллараторах и токамаках используются мощные магниты, создающие сильное магнитное поле, которое удерживает горячую плазму в определённой конфигурации.

В токамаке применяется симметричная тороидальная вакуумная камера, окружённая магнитными катушками. Важную роль играет также электрический ток, протекающий внутри плазмы и создающий дополнительное магнитное поле. В стеллараторах используется другой подход: удержание плазмы обеспечивается исключительно внешними катушками, без необходимости индуцирования тока внутри самой плазмы. Исторически это достигалось с помощью сложных изогнутых магнитов, что и являлось основной технической сложностью стеллараторов.

В то же время стеллараторы обеспечивают значительно больше степеней свободы и, по сравнению с токамаками, позволяют добиться высокой оптимизации. Хотя на сегодняшний день токамаки лидируют в области термоядерной энергетики, успешное создание стелларатора Stellaris, если Proxima Fusion сдержит обещания, ознаменует начало новой эры в развитии термоядерных технологий.

В компании подчёркивают, что разработка современных стеллараторов во многом зависит от вычислительной оптимизации, которая позволяет быстрее вносить изменения в проект ещё до начала строительства. Proxima Fusion фильтрует возможные концепции проектирования и создаёт суррогатные модели для тестирования с использованием современных методов, включая нейронные сети, основанные на физических законах, и другие технологии машинного обучения.

Такой подход ускоряет разработку, позволяя эффективно исследовать несколько конструкций параллельно. Тем не менее, оптимизация стеллараторов остаётся сложной междисциплинарной задачей, требующей учёта множества факторов в области науки, компьютерного моделирования и физики плазмы. Для достижения наилучших результатов в производстве термоядерной энергии необходимо тщательно анализировать научные и технические компромиссы, что представляет собой серьёзный вызов.

Во многом компактность будущей установки Stellaris будет обеспечена высокотемпературными сверхпроводящими магнитами (HTS). Это станет ключевым нововведением, повышающим эффективность и уменьшающим габариты реактора. Благодаря более мощным магнитным полям HTS-технология позволит значительно сократить размеры установки. Кроме того, по данным Proxima Fusion, HTS-магниты обладают большей стабильностью и менее чувствительны к температурным колебаниям по сравнению с низкотемпературными сверхпроводниками. Это упрощает требования к криогенным условиям и снижает энергопотребление системы.

Чтобы в течение следующего десятилетия внедрить термоядерную энергетику в энергосистему, компания Proxima Fusion активно ищет финансирование, партнёров и работает над получением разрешений от регулирующих органов. К 2027 году компания намерена завершить проектирование «Альфы» — первого в мире термоядерного устройства, демонстрирующего коэффициент Q>1 (чистую выработку энергии) в стабильном состоянии. В настоящее время ведётся сбор средств для создания прототипа модели Stellaris.

Учёные из Франции на 25 % превзошли последнее достижение китайских коллег в сфере удержания плазмы в термоядерном реакторе типа токамак. Установка WEST института CEA проработала в течение 22 минут, тогда как китайский токамак EAST «горел» 17 минут 46 секунд. Европейские исследователи продемонстрировали возможность достижения устойчивой термоядерной реакции, хотя их эксперимент носил академический характер.

Источник изображений: CEA

Установка WEST была введена в строй в 1988 году как реактор Tore Supra. С 2010 по 2013 год она прошла существенную модернизацию и после неё получила новое название — WEST, где буква W является химическим обозначением вольфрама, из которого изготовлено внутреннее покрытие рабочей камеры реактора.

Поскольку реактор был модернизирован относительно недавно, он всё ещё не достиг своего предельного потенциала. Однако даже на данном этапе проведённые на нём эксперименты по удержанию высокотемпературной плазмы впечатляют. В ходе последнего эксперимента, как сообщили в CEA, реактор WEST удерживал плазму в течение 22 минут, что стало новым мировым рекордом, ранее принадлежавшим китайским учёным. Однако на этом информация обрывается — французские исследователи не раскрыли дополнительных деталей эксперимента.

Стоит отметить, что китайские учёные также не раскрывают всю информацию, позволяющую объективно оценить их достижения в области удержания термоядерной плазмы. Для поддержания термоядерной реакции в земных условиях температура ионной плазмы в рабочей камере реактора должна быть не ниже 100 млн °C. Пока что китайским исследователям удалось разогреть до такой температуры только электронную плазму, что является менее сложной задачей. Французские учёные, установившие новый рекорд, также не предоставили данных о температуре в рабочей камере. Поэтому остаётся лишь ждать соответствующих публикаций в научных журналах.

Плазма в рабочей камере реактора

Несмотря на недосказанность, практическая ценность эксперимента очевидна — он направлен на отработку режимов и материалов, которые могут найти применение в международном термоядерном проекте ITER. Поэтому любой вклад в это общее дело представляет большую ценность.

General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) сообщила, что стала первой, кто испытал ядерное ракетное топливо в условиях максимально приближённых к эксплуатационным. Топливные сборки подверглись на стенде воздействию агрессивной водородной среды при нагреве до 2326 °C в течение 20 мин. Такое время ядерный ракетный двигатель работает при разгоне и соответственно создаёт максимальную нагрузку на топливо. Сборки GA-EMS не расплавились и остались неповреждёнными.

Источник изображения: GA-EMS

Известно, что военные США в рамках программы DARPA DRACO заключили контракт с компанией Lockheed Martin на сумму $499 млн на разработку ракеты на тепловом ядерном двигателе (NTP). Такой двигатель работает на нагреве рабочего тела, подаваемого в активную камеру реактора. В качестве рабочего тела выбран водород. Ядерная реакция распада будет нагревать водород, и использовать его выброс из сопла для создания реактивной тяги. Ядерное топливо в таких условиях будет подвергаться агрессивному воздействию перегретого водорода и необходимо заранее знать, как долго оно сможет оставаться рабочим.

Тестирование проводилось на установке CFEET в Центре космических полетов NASA имени Маршалла (MSFC). Как утверждают в GA-EMS, компании неизвестно о других случаях подобной проверки — они были первыми. На стенде топливо было подвергнуто шести 20-минутным термическим циклам. Каждый из циклов соответствует режиму полной тяги теплового ядерного двигателя. При этом в камеру с топливом подавался нагретый до 2326 °C водород. Проверка показала, что после всех испытаний топливные сборки оказались неповреждёнными и не получили дефектов.

«Недавние результаты испытаний являются важной вехой в успешной демонстрации конструкции топлива для реакторов NTP, — сказал Скотт Форни (Scott Forney), президент GA-EMS. — Топливо должно выдерживать экстремально высокие температуры и воздействие горячего газообразного водорода, с которыми обычно сталкивается реактор NTP, работающий в космосе. Мы очень воодушевлены положительными результатами испытаний, доказывающими, что топливо способно выдерживать такие условия эксплуатации, что приближает нас к реализации потенциала безопасных и надёжных ядерных тепловых двигателей для полётов к Луне и в дальний космос».

Потенциал ядерных ракетных двигателей таков, что он позволит долететь до Марса за 45 суток, тогда как ракета на классическом жидкостном ракетном двигателе будет добираться до Красной планеты 6–7 месяцев, что, скажем прямо, крайне опасно для здоровья экипажа. Сокращение времени в пути обещает в принципе изменить подход к осуществлению космических миссий.

20 января 2025 года китайский экспериментальный термоядерный реактор EAST установил новый рекорд по удержанию электронной плазмы. Реакция поддерживалась 1066 секунд, что без малого в три раза дольше предыдущего рекорда. Почти всё это время температура плазмы была в районе 100 млн °C, что в шесть раз больше, чем в ядре нашей звезды. Недавно реактор завершил очередной этап модернизации и готов к новым рекордам.

Experimental Advanced Superconducting Tokamak снаружи. Источник изображения: SCMP

Предыдущий рекорд реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak или токамак HT-7U), расположенный в городе Хэфэй провинции Аньхой, установил в апреле 2023 года. Тогда термоядерная реакция на установке поддерживалась 403 секунды с температурой плазмы 100 млн °C. Увеличение времени непрерывной работы реактора до 1000 секунд считается ключевым для достижения последующих целей как по увеличению времени поддержки высочайшей температуры плазмы, так и по повышению верхнего предела температуры.

Для запуска термоядерной реакции в Солнце сверхвысокие температуры не нужны. В ядре звезды «всего» 15 млн °C. Для сближения ионов водорода и запуска синтеза гелия ядра атомов должны сблизиться до включения в работу сильного ядерного взаимодействия, преодолев электрическое отталкивание. Кроме температуры в этом помогает сильная гравитация — масса самого Солнца (это воздействие также эквивалентно давлению). На Земле в камере реактора развить такое давление невозможно, поэтому приходится «давить» на ядра повышением температуры. И заявленные китайскими учёными 100 млн °C мало для запуска реакции на Земле.

Во всех предыдущих случаях речь шла о температуре электронной плазмы. В связи с рекордами китайских термоядерных установок об ионной плазме никогда отдельно не сообщалось. В то же время до 100 млн °C необходимо нагреть именно ионную плазму — это лишённые электронов ядра, которые, собственно, и вступают в реакцию синтеза. По каким-то причинам китайская сторона не спешит рассказывать о рекордах в разогреве ионной плазмы.

И всё же, новая планка высоты взята. Почти 18 минут реактор EAST поддерживал в камере температуру 100 млн °C. Это важно как с точки зрения поддержания стабильности установки (плазмы), так и с позиций отработки технологий и поиска новых методов работы с реактором, материалами и прочим, без чего невозможно движение вперёд.

Шанхайский институт прикладной физики (SINAP) Китайской академии наук в новом году начнёт строительство демонстрационного 10-МВт ториевого реактора на расплаве солей. Пилотный проект реактора был введён в эксплуатацию в 2021 году, что предопределило судьбу направления — ториевым реакторам быть! Проект показал свою успешность и будет повторён на новом уровне.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Создание сети реакторов на тории позволит Китаю и ряду других стран избавиться от зависимости от уранового топлива. Тория на Земле более чем достаточно для сотен и больше лет сжигания в ядерных реакторах для получения энергии, чего не скажешь об уране, запасов которого едва ли хватит более чем на 500 лет. Кроме того, торий в избытке находится в отходах при извлечении редкоземельных элементов. Китай лидирует в переработке таких руд и уже накопил невообразимое количество отходов, переработка которых ждёт своего часа.

Сложность с торием заключается в том, что он не подвержен ядерному распаду, и его нужно превратить в подходящий изотоп урана. Для этого торий-232 загружается в реактор-размножитель на расплаве солей. Фторид тория расплавляется в активной зоне реактора, и изотоп торий-232 в процессе облучения становится изотопом торий-233. Период полураспада тория-233 — около 20 минут, после чего половина этого вещества распадается до изотопа протактиний-233. У последнего период полураспада больше — 27,4 дня, в течение которого он распадается на уран-233 — подходящее топливо для реакции деления. На время распада до урана-233 протактиний выводится из реактора и возвращается в него уже в виде уранового топлива. Пилотный проект Китая показал свою работоспособность, хотя экономическая целесообразность процесса пока под вопросом.

Напомним, пилотный проект был реализован в пустыне Гоби. Там был построен 2-МВт жидкосолевой реактор электрической мощностью 1 МВт. Ответственный за проект институт SINAP оценил проект как перспективный и запланировал в 2025 году построить там же 60-МВт реактор с электрической мощностью 10 МВт (остальное — это тепло, что тоже можно использовать). Более мощный жидкосолевой ториевый реактор должен быть введён в эксплуатацию в 2030 году. В случае успеха он будет масштабирован ещё на порядок — до выработки 100 МВт электрической энергии.

До начала работы ториевых реакторов в Китае единственной созданной в мире установкой такого рода был реактор в Ок-Риджской национальной лаборатории в США (ORNL). Он был остановлен в 1969 году. С тех пор никто не создавал ториевых реакторов. Сегодня к ним возник интерес не только в Китае. Многие страны начинают проектировать реакторы на расплавах солей как более безопасную альтернативу классическим АЭС. Присутствует некоторая обеспокоенность тем, что радиоактивное топливо некоторое время должно находиться вне реактора, пока оно «дойдёт до кондиции», а это угроза неконтролируемого распространения. Поэтому есть проекты, в которых протактиний не покидает реактора и образует уран в активной зоне, до которой добраться нельзя.

Как бы там ни было, ториевые реакторы сегодня проектируют в странах Европейского Союза, в США, Японии и Индии. Китай показал, что по этому пути можно идти, и намерен дальше оставаться впереди планеты всей. Пока остальные рисуют чертежи, он уверенно строит.

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.