Договор заключен, и источником энергии выступит реактор совершенно новой конструкции, отличный как от токамака, так и от «лазерного термояда».
Helion Energy, американский стартап, заключила с Microsoft соглашение о поставках электроэнергии мощностью 50 мегаватт, начало которых запланировано на 2028 год. В случае срыва сроков поставок, Helion Energy столкнется со значительными штрафными санкциями. Это нетипичное решение, поскольку, согласно условиям контракта, энергию будет генерировать первая в мире коммерческая термоядерная электростанция, построенная по ранее нереализованной технологии.
Токамаки и «лазерные реакторы» являются традиционными конструкциями термоядерных реакторов. В токамаках плазма удерживается внутри тороидального пространства с помощью мощных магнитных полей. Для осуществления термоядерного синтеза, при котором ядра атомов объединяются и выделяется тепловая энергия, необходимы высокие температура и плотность плазмы. Однако на текущий момент затраты энергии на удержание и нагрев плазмы значительно превышают энергию, получаемую в результате термоядерной реакции. Лазерный синтез использует лазерные импульсы для сжатия и нагрева плазмы, но и в этом случае энергопотребление оказывается выше, чем выходная энергия. Обе технологии сталкиваются с трудностями: наиболее эффективные реакции приводят к образованию большого количества быстрых нейтронов, которые ускоряют разрушение материалов, из которых изготовлен реактор.
Helion Energy применяет альтернативный метод, разработанный еще в 1950-х годах, основанный на использовании разнонаправленных магнитных полей. В рамках этой технологии, в цилиндрической плазменной струе создается магнитное поле, которое ориентировано перпендикулярно внешнему магнитному полю, удерживающему плазму. Согласно расчетам компании, столкновение двух плазменных струй с такими характеристиками в их установке приведет к разгону до 300 километров в секунду, а затем к их взаимодействию, что обеспечит высокую температуру и давление, необходимые для протекания термоядерной реакции.
Для решения проблемы избыточных нейтронов реактор будет использовать смесь дейтерия и гелия-3. В процессе их слияния образуется гелий с иным изотопным числом. Установка для получения гелия-3 будет интегрирована в реактор, поскольку некоторые реакции слияния двух ядер дейтерия приводят к образованию гелия-3.
Идея Helion Energy не является новой, однако представители компании утверждают, что именно им удалось решить ключевые вопросы, связанные с управлением магнитным полем в подобных установках. В прошлом веке попытки создания крупных установок этого типа не увенчались успехом из-за трудностей с контролем над магнитными полями.
«Это самая смелая идея, с которой я когда-либо сталкивался. Я редко говорю «никогда», но если им это удастся, я буду поражён», — прокомментировал подписанное соглашение физик-теоретик из Чикагского университета Роберт Роснер.
С этой оценкой трудно не согласиться. Helion Energy до сих пор не провела даже опытных испытаний своего реактора. Это указывает на то, что стартап, основанный в 2013 году, находится на этапе теоретической разработки. Поэтому его утверждения о возможности производства электроэнергии по доступным ценам всего через пять лет кажутся необоснованными.
Практическая реализация термоядерной реакции вызывает вопросы, независимо от типа используемого реактора. Согласно Naked Science, удельная энергия термоядерных реакторов, то есть выход энергии на единицу массы топлива, не значительно превосходит показатели атомных реакторов. При этом для работы термоядерных реакторов необходимы очень мощные магниты — даже в относительно небольшой установке Helion Energy требуются магниты с индукцией 12 тесла. Кроме того, для термоядерных реакторов нужны дополнительные сложные системы, которые не нужны в атомных, что делает их, вне зависимости от типа, более ресурсозатратными.
Главное теоретическое преимущество термоядерной энергии перед ядерной энергетикой, используемой сегодня, заключается в потенциально более низкой стоимости топлива. Тем не менее, доля ядерного топлива в стоимости произведенного киловатт-часа электроэнергии остается небольшой и составляет около 5%. Поэтому даже нулевая стоимость топливной составляющей окажет незначительное влияние на доступность термоядерной энергии для коммерческого использования. Более 60% стоимости киловатт-часа электроэнергии приходится на амортизацию инвестиций, что напрямую связано с объемом используемых материалов. Поскольку для термоядерных реакторов этот показатель выше, чем для традиционных АЭС, экономические перспективы их использования на Земле представляются неопределенными.
Helion Energy, как видно из видео, представленного выше, стремится решить эту проблему, упростив конструкцию термоядерного реактора. Однако, насколько это осуществимо на практике, пока остается неясным.