Сегодня я расскажу про один альтернативный проект создания реактора управляемого термоядерного синтеза [пост на сайте geektimes.ru, NNN], который лично мне нравится за свою абсолютную инженерную непохожесть ни на что. Речь пойдет о канадском стартапе General Fusion, существующем уже больше 10 лет и собравшем за это время порядка 100 млн долларов на свои разработки.

Сооснователи компании Doug Richardson (слева) и Michel Laberge (справа) на фоне плазменного инжектора для своей машины.

А теперь послушайте, на какую идею можно насобирать столько денег. В сферическом реакторе GF сотня мощных паровых молотов, расставленных по периметру будет синхронно ударять во вращающуюся трехметровую «каплю» из расплавленного свинца, что бы сформировать сходящуюся сферическую волну. В центре капли остается вертикальный канал в который инжектируются плазменные вихри из дейтерий-тритиевой смеси. Точно расчитанная работа системы приведет к сжатию ровно в центре плазменного образования жидкометаллической стенкой и произойдет термоядерная реакция, в ходе которой выделится эквивалент взрыва нескольких сотен килограмм тротила.

Опытная сфера с 14 паровыми молотами, на которой проверялся принцип формирования сходящейся ударной волны.

Проектное изображение энергетического реактора на этом принципе и последовательность его работы.

Схлопывающаяся жидкометаллическая оболочка вокруг плазменных вихрей рассматривалась в качестве драйвера термоядерной реакции еще в 70х, в концептуальной установке LINUS. Однако 70е…80е — это было время наступающей победы токамаков, первых установок, достигших проявления термоядерных реакций. До LINUS руки не дошли.

Оригинальный концепт LINUS, 1979 год

А вот в 90е годы, когда началось разочарование токамаками, и магнитными ловушками вообще, две альтернативные ветки термоядерных установок, основанные на инерциальном синтезе (“лазерный термояд”) и менее известной идее сжатия замагниченной плазмы (к этому направлению например вот эта группа проектов, в т.ч. известный MagLIF, разнообразные pinch-установки и т.п.) получают развитие. При этом, если инерциальный синтез быстро получает поддержку военных, (т.е. условия в мишени получаются близкими к тем что есть в термоядерном оружии), то сжатие замагниченной плазмы (СЗП дальше) становится меккой для стартапов. Самыми известными из них являются Tri Alpha Energy, Helion Energy и вот пожалуй General Fusion.

Работа плазменного инжектора. Видно, что еще до финальной компрессии жидким металлом плазму сжимают в несколько раз, поднимая температуру до 2 млн градусов и плотность до 0,06% от необходимой для термоядерной реакции.

Установка General Fusion планируется как импульсная — один термоядерный микровзрыв раз в 2 секунды. Большим преимуществом по сравнению с другими импульсными установками является отсутствие расходуемых элементов (холраумов, лайнеров, картриджей и т.п.) — нужна только плазма и свинцовая капля. При каждом взрыве будет производится 720 мегаджоулей тепла, которое будет поглощаться жидким металлом и отводится на парогенератор через теплообменник.

Проектное изображение энергетического реактора. Синие элементы — высоковольтное питание плазменных инжекторов.

Часть пара будет работать драйвером паровых молотов, а часть вырабатывать 65 мегаватт электричества на турбогенераторе. Разумеется, в настоящей установке понадобится еще довольно мудренная система высоковольтной запитки плазменных разрядников, очистки свинца, размножении трития (GF считают, что это можно сделать путем подмешивания лития в жидкий свинец. Поглощая термоядерные нейтроны он будет разваливаться на гелий и тритий), но до всего этого еще надо дожить. В целом, если ключевой момент — термоядерный поджиг — будет реализован, на фоне других концептов реакторов УТС это будет прорыв в плане простоты и дешевизны.

Текущая установка GF с жидкометаллической петлей, на которой в 2013 году получены сферические имплозии нужного качества.

Однако ключевой проблемой всего этого направления, и машины GF в частности является развитие неустойчивостей, которые не позволяют концентрировать энергию до нужных значений, а бесполезно рассеивают ее вокруг. Любые несимметричности и неточности в обжатии приведут к тому, что положительного выхода энергии с этого стимпанковского монстра не получится. Эта проблема в тех или иных видах на данный момент успешно похоронила не один десяток концепций. Тем не менее, детище Майкла Лаберже прошло множество проверок на ранних, модельных этапах, с открытыми обсуждениями научными сообществом полученных результатов. Именно такой подход и позволил привлечь множество серьезных инвесторов (в т.ч. основателя Amazon.com Джефа Безоса).

Настройка плазменного инжектора для тестов.

Пока GF полны оптимизма, хотя не смотря на успешное создание полноразмерных прототипов всех элементов машины (паровых молотов, сферы с жидким свинцом, разрядников — генераторов плазменных вихрей) и даже самой машины уже два года как не показывают никаких результатов, что скорее всего сигнализирует о том, что как и десятки других концепций в этом поле GF столкнулись с большими сложностями на пути концентрации энергии.