- OpenStar Technologies успешно запустила полутонный магнит в вакуумную камеру с раскаленным газом, нагретым до более чем миллиона градусов Цельсия, что стало прорывом в попытке достичь устойчивого ядерного синтеза.
- Конструкция реактора компании, в которой используется левитирующий дипольный реактор, считается более простой и масштабируемой, чем традиционные реакторы токамак, и генеральный директор OpenStar считает, что это дает компании преимущество в глобальной гонке за превращение термоядерного синтеза в эффективный источник энергии.
- Достижение OpenStar — это шаг к воспроизведению солнечной энергии. Компания намерена создать последующие прототипы моделей, в том числе модель, которая будет создавать нейтроны и приносить доход, и, в конечном итоге, модель, которая сможет генерировать достаточно электроэнергии для поддержки небольшого города.
В компактной столице Новой Зеландии Веллингтоне небольшая группа ученых и инженеров чуть-чуть приблизилась к воспроизведению сила на солнце.
В феврале компания OpenStar Technologies успешно запустила полутонный магнит в 5-метровую вакуумную камеру со светящимся газом, нагретым до температуры более миллиона градусов Цельсия. Избранная аудитория, в том числе премьер-министр Кристофер Люксон и легенда All Blacks Ричи Маккоу, наблюдала из комнаты над камерой, как местный стартап ознаменовал прорыв в своем стремлении достичь устойчивого ядерного синтеза.
Хотя реактор пока не производит больше энергии, чем потребляет, что является основным препятствием для термоядерных реакторов, достижение левитации является ранним шагом, который доказывает, что конструкция может быть жизнеспособной.
Генеральный директор и основатель OpenStar Рату Матайра считает, что простота конструкции реактора компании дала ей преимущество в глобальной гонке за превращение термоядерного синтеза из теории в эффективный источник энергии. Для Матайры левитация сверхпроводящего магнита является доказательством того, что технология, лежащая в основе первого прототипа устройства OpenStar — под названием Junior и стоимостью менее 10 миллионов долларов — может работать в гораздо большем масштабе.
Рату Матайра, основатель OpenStar Technologies (слева), и Кристофер Люксон, премьер-министр Новой Зеландии, на мероприятии компании в Веллингтоне 17 февраля. Фотограф: Марк Кут/Bloomberg
«Ни у кого еще нет работающей термоядерной системы, способной производить экономичную электроэнергию», — сказал 33-летний физик, который в течение двух лет руководил пейнтбольным бизнесом и имеет докторскую степень в области прикладной сверхпроводимости. «Начинать с более простой системы, которую мы можем быстрее масштабировать и быстрее удешевлять, привлекательно».
OpenStar — небольшая компания, участвующая в гонке, которая привлекла почти 10 миллиардов долларов финансирования от таких людей, как Джефф Безос и Билл Гейтс. Около 50 компаний по всему миру соперничают за право стать первыми, кто столкнет атомные ядра для создания дешевой энергии в то время, когда бум искусственного интеллекта стимулирует спрос на электроэнергию, а изменение климата стимулирует спрос на более чистую энергию.
Последняя часть особенно важна для Новой Зеландии, которая уже производит более 80% электроэнергии из возобновляемых источников, причем гидроэнергетика составляет более половины от общего объема.
«Энергия термоядерного синтеза может произвести революцию в энергетическом секторе, предоставив неограниченный источник безопасной и чистой энергии», — сказал Люксон, который чуть не упустил достижение OpenStar из-за пробок. «После того, что мы только что увидели, становится ясно, что эта перспектива ближе к реальности, чем когда-либо прежде».
Сроки достижения этой цели неясны: по оценкам, они варьируются от 10 до 30 лет. Другие страны также заявили о прорывах, например, в 2022 году, когда ученые из калифорнийской лаборатории впервые смогли генерировать больше энергии в результате реакции термоядерного синтеза, чем им необходимо для ее проведения. OpenStar уже заявила, что потребуется создание нескольких поколений прототипов, прежде чем потенциально будет создана модель, способная генерировать достаточно энергии для обеспечения городской территории.
Но Матайра считает, что его компания может быть быстрее своих конкурентов и может проследить начало своего пути от случайной беседы за ужином с другом, который приехал из Токио в 2021 году.
Для ядерного синтеза необходима плазма, четвертое состояние материи (наряду с твердым телом, жидкостью и газом), которая настолько горячая, что электроны отрываются от атомов, образуя ионизированный газ. Звезды, молнии и полярные сияния — все это формы плазмы.
Тепло и гравитация тянут плазму к Солнцу, удерживая газ в центре. Огромное давление заставляет плазму сливаться, генерируя энергию, которая питает Солнечную систему.
Один из способов воспроизвести этот процесс на Земле — использовать магнитные поля, чтобы удержать плазму и заставить ее слиться.
Типичный токамак-реактор в форме пончика, впервые разработанный в Советском Союзе в 1950-х годах, имеет мощные магниты снаружи камеры, удерживающей плазму. Эта конструкция используется в многомиллиардном проекте Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) на юге Франции. Недостатками являются стоимость и потенциальная нестабильность плазмы.
В 1987 году японский физик-теоретик и инженер Акира Хасэгава перевернул эту конструкцию с ног на голову – а точнее, наизнанку – с идеей разместить высокотемпературный сверхпроводящий магнит внутри плазмы, а не вокруг нее – так называемый левитирующий дипольный реактор.
В 2004 году Массачусетский технологический институт и Колумбия продемонстрировали его осуществимость, успешно удерживая плазму. Но работы были остановлены из-за отсутствия финансирования и достаточных инженерных средств.
Матайра с реактором 17 февраля. Фотограф: Марк Кут/Bloomberg.
Семнадцать лет спустя Матайра заканчивала докторскую диссертацию в Научно-исследовательском институте Робинсона Университета Виктории в Веллингтоне, работая над сверхпроводящими магнитами, когда она встретила свою подругу за ужином.
Этот друг получил степень магистра по термоядерному синтезу в Токийском университете, где в соседней лаборатории исследователи экспериментировали с левитирующим дипольным реактором.
«Я сказал:« Что это такое? Матайра вспоминает. «И пока он это описывал, я понял, что каждый инженер по термоядерному синтезу на Земле, вероятно, считал это безумием по инженерным причинам».
В случае с Матайрой это не так.
«Все думают, что это невозможно», — сказал он. «Но я знал, что мы находимся на волосок от решений. У нас есть новое поколение сверхпроводящих источников питания, которые делают создание таких машин вполне возможным. Это было прозрение».
Следующие месяцы Матайра провел, проверяя, жизнеспособна ли эта идея. В 2021 году он запустил OpenStar, а в следующем году обеспечил начальное финансирование в размере 10 миллионов новозеландских долларов (6 миллионов долларов США) для создания первой в компании левитирующей дипольной машины: Junior.
31 октября 2024 года компания ограничила плазму, что стало решающим шагом, показавшим, что машину можно масштабировать для производства энергии за счет термоядерного синтеза.
Для Матайры их конструкцию было гораздо проще разработать и построить, чем традиционную модель.
«Токамак больше похож на реактивный двигатель в том, как о нем нужно думать и проектировать, а также в том, как вы получаете производительность. Он получает огромную выгоду от передового моделирования и точного производства», — сказал он. «Диполь больше похож на очаг. Вы грубо расставляете вещи, добавляете тепло, и как только начинается огонь, он в значительной степени позаботится о себе. Вы не полагаетесь на моделирование таким же образом, чтобы внести постепенные улучшения».
Сейчас в OpenStar работают около 80 ученых, инженеров и вспомогательного персонала, в том числе Даррен Гарнье, который был одним из руководителей первоначальных экспериментов Массачусетского технологического института в начале 2000-х годов и переехал в Новую Зеландию, чтобы продолжить свою работу.
Даррен Гарнье. Фотограф: Марк Кут/Bloomberg
«Я ждал этого 15 лет», — сказал Гарнье в конференц-зале офиса OpenStar, вид на гавань Веллингтона, частично затененный математическими уравнениями синтеза, нацарапанными над окном оранжевым маркером. «Синтез — одна из самых сложных вещей, которые когда-либо предпринимало человечество. Но ради преобразующего эффекта стоит это сделать. Это смело и сложно».
Следующим этапом OpenStar является создание следующей прототипной модели под названием Tahi, которую Mataira планирует ввести в эксплуатацию примерно через два года. В течение пяти лет целью является создание модели третьего поколения под названием Мауи, которая будет создавать нейтроны и приносить доход. В конечном итоге модель четвертого поколения, Тама Нуи, сможет производить от 50 до 200 мегаватт электроэнергии, чего достаточно для питания небольшого города или крупного промышленного предприятия.
До такого результата еще далеко, и у некоторых остаются вопросы о том, насколько все это осуществимо. Но для Матайры демонстрация во вторник не только пролила свет на прогресс компании, но и рассеяла сомнения скептиков относительно того, можно ли успешно разработать левитирующие диполи — и в Новой Зеландии.
Чертежи окна диспетчерской в OpenStar. Фотограф: Марк Кут/Bloomberg
В качестве вдохновителя он приводит Эрнеста Резерфорда, ученого новозеландского происхождения, которого считают отцом ядерной физики из-за расщепления атома в 1917 году.
«Эта история начинается с Резерфорда и закончится в Новой Зеландии», — сказал Матайра. «Мы те, кто финиширует в этой гонке».