На протяжении десятилетий над ядерным синтезом шутили, что он якобы всегда будет «через 30 лет». Однако стремительная серия прорывов за последние пять лет — под влиянием приватизации, энергетических потребностей бума ИИ и устойчивых инвестиций — изменила прогнозы, и теперь исследователи описывают синтез как технологию с реалистичным и достижимым горизонтом.

Ядерный синтез широко рассматривается как «святой Грааль» чистой энергетики, поскольку при коммерчески жизнеспособном и масштабируемом использовании он способен обеспечить практически неограниченную выработку энергии без выбросов парниковых газов и с минимальными экологическими побочными эффектами, выступая комплексным решением мирового энергетического трилеммы.

«Чтобы обеспечить энергией жизнь одного человека, нужен объём морской воды примерно с ванну и литий размером с аккумулятор ноутбука», — сказала физик-ядерщик Энни Критчер в интервью Fortune. «Материалов требуется немного, и при этом нет [долгоживущих] радиоактивных отходов, как при делении».

Первый крупный рубеж был достигнут в Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора в Калифорнии в конце 2022 года, когда команда под руководством Критчер добилась того, что многие считали маловероятным: первого зажигания, то есть искусственной реакции синтеза, которая впервые в истории человечества произвела больше энергии, чем потребила. С тех пор это достижение было воспроизведено, а в исследованиях синтеза по всему миру накопились новые успехи.

Эти прорывы охватывают ряд технологических подходов. Успех Lawrence Livermore был достигнут с помощью мощных лазеров, тогда как другие ведущие направления используют токамаки — устройства, которые применяют чрезвычайно мощные магниты для удержания плазмы. Основанный на токамаке китайский реактор EAST, часто называемый «искусственным солнцем», сейчас идёт по графику к достижению зажигания к 2027 году, после чего он станет первым термоядерным реактором, способным поддерживать плазму без внешнего нагрева. Ещё один перспективный путь связан с системами z-pinch, которые используют электрические токи для сжатия плазмы.

Несмотря на обилие доказательств того, что синтез научно осуществим и воспроизводим в рамках нескольких технологий, вопрос масштабируемости остаётся нерешённым. Ядерный синтез по-прежнему очень далёк от коммерческой жизнеспособности, а ресурсы, необходимые для выработки даже небольших объёмов энергии, остаются огромными и непригодными для практического применения в реальном мире. Разрыв между лабораторным результатом и электростанцией, способной работать в условиях энергетического рынка, теперь является ключевым препятствием для отрасли.

Новая рамка, разработанная исследователями Массачусетского технологического института (MIT), призвана напрямую решить эту задачу, обозначив путь от лабораторного достижения к промышленной и экономической реальности. Согласно недавнему пресс-релизу MIT, рамка оценивает «физические ресурсы, необходимые для поддержания контролируемой выработки энергии синтеза, а также стоимость строительства электростанций, способных конкурировать на энергетических рынках».

Исследователи утверждают, что этап поиска и перебора методов и материалов фактически завершён. Научная осуществимость синтеза доказана, и теперь внимание должно сместиться к строгому экономическому анализу.

«Речь идёт обо всём, что связано с поиском, распределением и расходованием денег в таком масштабе», — сказал Деннис Уайт, профессор ядерной науки и инженерии в MIT и соавтор исследования, опубликованного в прошлом месяце в журнале Journal of Fusion Energy. «Это критически важно для нашей работы. Мы должны смотреть на экономику. Если мы хотим, чтобы эта технология действительно имела значение в мировой экономике, нам нужно честно разобраться с этими вопросами».

Важно, что рамка применима ко всем подходам к термоядерной энергетике, которые сейчас находятся в разработке. На этой ранней стадии исследований по синтезу всё ещё неясно, окажутся ли наиболее жизнеспособными для коммерческого внедрения токамаки, лазерно-управляемое инерционное удержание или системы z-pinch. Но система MIT может помочь это определить.

По словам Уайта, рамка «полностью независима от того, какой именно термоядерный концепт вы используете, потому что физическая реальность синтеза такова: вы тратите деньги на создание возможности производить термоядерную энергию». Кроме того, соавтор Andrew W. Lo подчёркивает: «Не имеет значения, маленькая электростанция на синтезе или большая; в конечном счёте в обоих случаях денежный поток должен превышать вложенные средства, иначе она не просуществует долго».