Ассоциация термоядерной промышленности выпустила очередной третий годовой отчет о состоянии отрасли. За год финансирование проектов выросло на 27% до $6,2 млрд, из которых $5,9 млрд − частные инвестиции. Ученые добиваются все новых рекордов по удержанию плазмы и зажиганию термоядерной реакции, но над отраслью по-прежнему висит черная тень ИТЭР.
Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК
Инвестиции в глобальную термоядерную промышленность в настоящее время достигли $6,21 млрд по сравнению с $4,8 млрд год назад, говорится в третьем ежегодном отчете о глобальной индустрии термоядерного синтеза, подготовленном Fusion Industry Association (FIA). В отчете были опрошены 43 частные термоядерные компании по сравнению с 27 годом ранее.
Согласно отчету и сообщениям СМИ, ученые добиваются все новых рекордов по удержанию плазмы и зажиганию термоядерной реакции, но над отраслью по-прежнему висит черная тень ИТЭР.
В декабре 2022 года, впервые в истории, в результате контролируемой термоядерной реакции выделилось больше энергии, чем было затрачено на нее. Лазерная установка Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии облучила мишень двумя мегаджоулями энергии, а процессы в мишени выделили более трех мегаджоулей, говорится в отчете. По мнению ИРТТЭК, точность измерения выделившейся энергии в таких экспериментах всегда сомнительна, абсолютно достоверно регистрируются только нейтроны, которые получаются в результате термоядерной реакции. В сообщениях о нейтронах ничего не говорится.
Главная положительная тенденция в отрасли, по мнению FIA, − вера инвесторов и правительств в приближающие сроки появления коммерческой термоядерной установки.
Общее число компаний, занимающихся слиянием, увеличилось до 43, по сравнению с 33 в прошлогоднем отчете. В этом отчете было добавлено 13 новых компаний, при этом три компании с прошлого года больше не работают (некоторые из их технологий и навыков используют другие компании).
В этом году впервые наблюдаются новые значительные программы государственно-частного партнерства в ключевых странах. Восемнадцать компаний сообщили, что они были вовлечены (или вскоре будут вовлечены) в государственно-частное партнерство с правительством. Программы разнообразны по своим целям и уровням финансирования, но существует четкая тенденция в заинтересованности правительства в термояде. Соединенные Штаты, Япония и Германия в начале 2023 года объявили о новых программах поддержки коммерциализации термоядерного синтеза.
Оптимизм инвесторов иллюстрирует ускоряющееся с годами число регистраций новых термоядерных компаний.
Компании по датам регистрации
США лидируют по числу частных термоядерных компаний (25 компаний) и инвестиций в термояд. Значительный рост финансирования отмечен в таких странах, как Япония, Китай, Австралия, Новая Зеландия, Германия и Израиль. Серьезные компании конкурируют в отрасли в Великобритании и Канаде.
Великобритания стала лидером в создании нормативной базы для термоядерного синтеза, за ней следует Ядерное агентство США.
В отчете 25 компаний полагают, что первая термоядерная установка будет поставлять электроэнергию в сеть до 2035 года. Это больше, чем 18 в прошлом году, отчасти из-за более высокого процента ответов на опросы. Компании все больше уверены в том, что смогут выполнить свои амбициозные цели. При этом у 27 компаний в 2023 году увеличился объем финансирования, хотя это меньший рост, чем в прошлогоднем отчете. Общий объем инвестиций в fusion вырос на 27%.
В отчете говорится о двух компаниях, финансирование которых выросло более чем на $100 млн – TAE Technologies в Калифорнии и ENN в Китае.
Финансирование термоядерных проектов
Изменения после опроса 2022 года
- $4,8 млрд составляло финансирование на момент проведения опроса в 2022 году
- $1,4 млрд составило увеличение общего объема финансирования с 2022 года (включая ранее не заявленное финансирование)
- 43 компании приняли участие в опросе против 33 в 2022 году и 23 в 2021 году
- 13 компаний вошли в отрасль или приняли участие в опросе
- 3 компании свернули свою деятельность/присоединились к другим
Компании по месту регистрации штаб-квартиры
Результат опроса: когда, по вашим ожиданиям, ваша компания начнет поставлять электроэнергию в сеть (30 ответов)
Результат опроса: когда первая термоядерная установка начнет поставлять электроэнергию в сеть? (40 ответов)
Сравнивания графики, отметим, что ответы показали стандартную ситуацию, хорошо известную в психологии: у нас все хорошо, но у кого-то наверняка лучше – мы не дадим энергию в сеть раньше 2030 года, но слышали, что кто-то точно даст в 2025 году.
Результаты опроса: когда первая термоядерная установка продемонстрирует достаточно низкую стоимость/достаточно высокую эффективность, чтобы считаться коммерчески жизнеспособной? (40 ответов)
Напомним основные проблемы коммерциализации термоядерных реакторов, даже если удастся получить положительный энергетический выход реакции синтеза ядер дейтерия и трития. В принципе непонятно как решаемая проблема – мощное нейтронное излучение. В обычном реакторе нейтроны рождаются в процессе распада ядер урана со средней энергией 2 МэВ и замедляются специально подобранными средами (тяжелая вода, графит, бериллий) до энергии несколько эВ для эффективного захвата ядрами урана 235. В реакторе на быстрых нейтронах нейтроны не замедляются, их эффективная энергия для реакции составляет 100 кэВ.
В урановых реакторах основной вклад в радиоактивность вносят продукты распада ядер урана, накапливаемые внутри стержней с ураном. Наведенная радиоактивность на конструкцию реактора и теплоноситель относительно невелика.
В термоядерном реакторе в процессе синтеза рождаются нейтроны с энергией 14 МэВ, такие нейтроны проходят через стальную стенку в 8 см. На английском токамаке JET, который ближе всех других токамаков подошел к коммерческому уровню энергобаланса, стенка реактора через несколько месяцев экспериментов стала настолько радиоактивной, что ученым пришлось сделать робота для обслуживания реактора.
Кроме того, в процессе реакции синтеза образуются ядра гелия (альфа-частицы) с энергией 3,5 МэВ, которые пробегают в металле около 10 мкм. Внедрившийся в металл гелий образует под поверхностью газовые пузыри – блистеры, которые потом разрываются. Стенка реактора начинает шелушиться.
В одном из последних озвученных проектов для поглощения нейтронов и альфа-частиц предполагается использовать стенку из льющегося жидкого лития (!), (в литии при облучении нейтронами получается необходимый для термояда тритий). Такие стенки из жидкого лития рисовали еще полвека назад под ехидное покачивание головами участников семинара.
Огромное число физиков не верят в реальности термояда в обозримом будущем. При этом часть пессимистов считает все направление бессмысленной тратой денег, а другие все-таки говорят о бесценном опыте работы с плазмой в миллионы градусов и создании соответствующих материалов и установок. Придет время, и данный опыт пригодится на Земле или в космосе.
Пока же не опубликовано ни одного инженерного расчета, основанного на экспериментальных доказательствах, возможности получения за счет термояда коммерчески приемлемой цены электроэнергии. И над всем термоядом висит черная тень ИТЭР − международного термоядерного экспериментального реактора типа токамак (ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor).
Проект ИТЭР официально начался в 2006 году, когда 35 стран согласились профинансировать примерно 5 миллиардов евро (тогда 6,3 миллиарда долларов). Запуск ИТЭР должен был состояться через 10 лет − в 2016 году.
Последняя на сегодня официальная смета расходов составляет более 20 миллиардов евро (22 миллиарда долларов). При этом срок запуска ИТЭР тонет в несвязных комментариях и регулярно пересматриваемых планах.
Еще в начале июля 2022 года на веб-сайте ИТЭР было объявлено, что установка должна быть включена в декабре 2025 года. Впоследствии эта дата была отмечена звездочкой, поясняющей, что она будет пересмотрена. Сейчас дата вообще исчезла с сайта.
Как сдвигалась дата окончания строительства ИТЭР
Мало того, что некоторые компоненты ИТЭР прибыли на стройку с большим опозданием, часть этого оборудования также оказалась неисправной − несколько теплозащитных экранов предназначены для поддержания жидкого гелиевого хладагента ИТЭР и защиты стенок машины от коррозии и растрескивания из-за взаимодействия сварных швов с кислотой, используемой для промывки металла. «В целом это удаление около 20 километров очень тонких труб, их замена — в большинстве случаев ремонт тепловых экранов, а в некоторых случаях — изготовление новых», — говорит один из руководителей проекта.
Кроме того, оказалось, что некоторые части вакуумного сосуда, которые должны соединяться друг с другом с субмиллиметровой точностью, не были изготовлены с той точностью, которая была необходима. «Вы можете с полным правом назвать это производственным браком», — добавил руководитель.
В ноябре 2022 года Организация ИТЭР приняла решение не только прекратить сборку вакуумной камеры, но и снять уже установленный сегмент для ремонта.
Помимо этой проблемы, в январе 2022 года Управление по ядерной безопасности Франции (ASN) полностью прекратило сборку ИТЭР. ASN не убеждена (среди всего прочего), что запланированная степень радиационной защиты вокруг машины будет адекватной, и власти не позволят сборке продолжаться, пока ИТЭР не докажет, что он может обеспечить безопасность персонала. Но добавление гораздо большей защиты может привести к большему весу, чем может выдержать резино-металлический сейсмостойкий фундамент.
В марте 2023 года ASN обнаружила, что квалификация некоторых сварщиков, которые должны выполнять сварные швы между металлическими деталями атомных электростанций, была фальсифицирована. Впоследствии официальные лица ИТЭР запретили поставщику, предоставившему услуги по сварке, любую деятельность на строительной площадке.
К январю этого года, более чем через 15 лет после начала работ, только два из 18 гигантских сегментов плазмосодержащего тора были установлены в яме токамака в центре предполагаемого объекта.
Задержки на десятилетия и рост затрат в несколько раз − типично для грандиозных проектов. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) планировалось завершить за десять лет и потратить более 1 миллиарда долларов, но потребовалось 20 лет и более 10 миллиардов долларов, чтобы телескоп заработал в космосе. Никто из первых строителей парижского Нотр-Дама не дожил до конца стройки – здание строилось более 180 лет. Но все были уверены, что собор рано или поздно достроят. В отношении ИТЭР такой уверенности нет. С каждым десятилетием этот памятник-рекордсмен большой мировой науки все меньше похож на собор — и все больше на мавзолей.