Солнечная машина

В университетском городе Грайфсвальд на севере Германии исследователи пытаются воссоздать Солнце на Земле. Именно там расположен термоядерный реактор Wendelstein 7-X, построенный Институтом физики плазмы Общества Макса Планка (IPP), внутри которого мощные магнитные катушки специальной формы удерживают разогретую до 40 млн градусов плазму, состоящую из электрически заряженных частиц. На будущих термоядерных электростанциях легкие атомные ядра будут сливаться друг с другом подобно тому, как это происходит на Солнце. В большинстве существующих на Земле концепций для этого используются дейтерий и тритий — два изотопа водорода. Во время самой реакции термоядерного синтеза не выделяется CO2.

Как работают термоядерные электростанции?

Wendelstein 7-X представляет собой так называемый стелларатор. Так называются термоядерные реакторы, в которых магниты сконструированы и расположены таким образом, что плазма движется по спирали. Это способствует более стабильной термоизоляции плазмы, ведь экстремально горячий газ ни в коем случае не должен соприкасаться с оболочкой реактора. Реактор из Грайфсвальда считается крупнейшей в мире установкой подобного рода.

В реакторах типа токамак для решения этой задачи используются магниты гораздо более простой формы и более интенсивный поток частиц в плазме. Долгое время эта концепция считалась наиболее перспективной, поскольку ее намного проще реализовать. В этой области Германия также входит в число мировых лидеров. Токамак ASDEX Upgrade в Гархинге под Мюнхеном служит среди прочего испытательным полигоном и физическим фундаментом для международного исследовательского проекта ITER, который в настоящее время строится на юге Франции при участии семи партнеров. ASDEX Upgrade также был разработан Институтом физики плазмы Общества Макса Планка.

Когда появятся первые термоядерные электростанции?

Эксперты ожидают появление первых демонстрационных установок в 2030-х годах. Такой же временной горизонт ставит перед собой и мюнхенский стартап Proxima Fusion — спин-офф Института физики плазмы Общества Макса Планка. Компания планирует завершить строительство своего исследовательского реактора Alpha к началу 2030-х годов. На сегодняшний день Proxima Fusion, оцениваемая в 2,4 млрд евро, является самой финансируемой компанией в сфере термоядерного синтеза в Европе и делает ставку на технологию стелларатора. Стартап Marvel Fusion, штаб-квартира которого также находится в Мюнхене, занимается развитием термоядерной энергетики на основе лазеров. Высокоинтенсивные лазеры с короткими импульсами соединяют изотопы водорода с бором, в результате чего на короткое время возникает температура около 140 млн градусов.

Федеральное правительство активно инвестирует в исследования в области термоядерного синтеза. План действий по термоядерному синтезу (нем. Aktionsplan Fusion), разработанный Федеральным министерством исследований, технологий и космоса (BMFTR), предусматривает целевое финансирование на общую сумму 2,4 млрд евро до 2029 года. Заявленная цель — построить в Германии первую в мире коммерческую термоядерную электростанцию. Первым шагом станет поддержка трех исследовательских хабов в Карлсруэ, Библисе и Гархинге, которые занимаются проблематикой магнитного и лазерного удержания плазмы, а также разработкой материалов. В настоящее время обсуждается вопрос о выделении из государственного бюджета 1,2 млрд евро для финансирования реактора Alpha компании Proxima Fusion.

Какие возможности открывает термоядерный синтез?

Если термоядерный синтез будет реализован с технической и экономической точки зрения, он сможет обеспечить получение огромных объемов энергии с низким уровнем выбросов CO2 — независимо от погоды или времени года. Дейтерий, один из возможных видов топлива для термоядерных реакций, имеется в изобилии. Тритий, напротив, встречается редко, и на будущих электростанциях его, по всей видимости, придется получать из лития. В таком случае термоядерный синтез мог бы стать эффективным дополнением к ветровой и солнечной энергетике.