Франческо Скоттіно, співзасновник та генеральний директор Proxima Fusion, згадує, що «деякі люди казали, що те місце, де сьогодні розташовано Proxima, було неможливим». Звинувачення у спробах досягти неможливого — це звичне явище для вчених та інженерів, які працюють над проєктами ядерного злиття по всьому світу.
Зрештою, вони намагаються створити на Землі реакцію, що забезпечує енергією Сонце. Успіх може означати доступну, дешеву та безвідходну електрику. Проте виклики є величезними, і функціонуюча електростанція все ще залишається далеким мрією.
Злиття — це процес, у якому ядра водню зливаються разом, вивільняючи величезні кількості енергії. На Сонці величезні гравітаційні сили допомагають підтримувати цю реакцію. Для того, щоб підтримувати злиття на Землі, потрібні надзвичайно високі температури — у багато разів вищі, ніж ті, що спостерігаються на Сонці.
Тому паливо (зазвичай комбінація ізотопів водню тритію та дейтерію) нагрівається до стану палаючої плазми, яку потрібно контролювати та маніпулювати, щоб спровокувати злиття.
Існує кілька способів досягти цього, і німецька компанія Proxima Fusion намагається реалізувати один із найскладніших, за словами представників галузі.
Звичайний підхід до злиття полягає в будівництві токамака — пристрою у формі пончика, який використовує потужні магніти для утримання плазми. Однак Munich-based Proxima працює над стеларатором. Цей пристрій також використовує магніти для маніпуляцій з плазмою, але реакційна камера має більш складну форму, з вигинами, що робить його значно важче і дорожче в будівництві.
Чому ж обирається цей трудний шлях? Якщо дизайн спрацює, вигини та повороти стеларатора роблять контроль за палаючою плазмою простішим, ніж у конкурентному токамаку, говорить Скоттіно.
«Токамак — це «звіро», а стеларатор — це «кішка»», — зазначає він.
Proxima представить свою “дурну машину” під назвою Alpha, яка спиратиметься на десятиліття роботи Інституту фізики плазми Макса Планка та його стеларатора W7-X.
Мета Alpha — виробляти більше енергії, ніж вона споживає для роботи, а уроки, отримані в процесі, допоможуть розробити ще більш просунутий пристрій – електростанцію злиття, що отримала назву Stellaris.
Але спочатку Alpha потребує значних інвестицій, які наразі збираються. Нещодавно Proxima виграла 400 мільйонів євро (340 мільйонів фунтів; 460 мільйонів доларів) від держави Баварія та подає заявку на понад мільярд доларів фінансування від федерального уряду — рішення очікується наступного року.
Proxima змагається з іншими групами, які розробляють технології злиття — число яких оцінюється в 53, за даними Асоціації індустрії злиття (FIA), що представляє галузь злиття та стежить за розвитком.
Одним з проєктів, що використовує токамаковий підхід, є британський Step (Сферичний токамак для виробництва енергії). На підтримку британського уряду планується побудувати прототип електростанції на місці колишньої вугільної електростанції в Уест-Бертоні, Йоркшир.
«Токамаки мають перевагу глибокої експериментальної бази, створеної протягом десятиліть. Вони продемонстрували продуктивність плазми, наближену до тієї, що необхідна для електростанції злиття, включаючи роботу з паливом злиття», — говорить Райан Рамсі, директор з організаційної ефективності в Step і колишній капітан ядерного підводного човна HMS Turbulent.
На думку Рамсі, «вони [токамаки] виграють завдяки відносно простій геометрії магнітів, з меншою кількістю та більш регулярними котушками. Це має реальні наслідки для виробництва, технічного обслуговування та вартості». Скоттіно добре знає про труднощі, які чекають на Proxima. Він щоночі «не спить», думаючи, чи зможе Proxima побудувати магніти, з їхніми складними формами, з швидкістю та вартістю, щоб стеларатор став економічно доцільним.
«Перший магніт, який ми зробимо, буде дуже складним і дуже дорогим. Але чи можемо ми зробити це швидше, ніж люди б очікували, і знизити вартість?» — запитує Скоттіно.
На їхню користь є німецька експертиза у виробництві. Наприклад, Скоттіно наводить вражаючу кількість робітників, які можуть працювати на CNC-машинах — тип комп’ютеризованого інструменту, який може різати, вирізати або формувати матеріали, включаючи дерево, метал або пластик.
Скоттіно оцінює, що в Німеччині налічується 550,000 операторів CNC, в той час як у США — лише 350,000.
Це важливо для Proxima, яка використовує дуже дорогий тип сталі в своїх магнітах, яка вимагає обробки з високою точністю. Зберігаючи високий рівень точності, підтримка темпу розробки є критично важливою для Скоттіно. W7-X знадобилося більше десятиліття, щоб запуститися — він хоче, щоб Alpha стала на ноги за третину цього часу.
Отже, прототип магнітної котушки знаходиться на етапі будівництва, а плани полягають в тестуванні її наступного року. Її викривлена геометрія робить її однією з найбільш складних магнітів у світі, за словами Proxima.
Після завершення тестування Proxima побудує ще 40 магнітних котушок, які ввійдуть у її машину Alpha. Для цього на даний момент готується фабрика магнітів.
«У 2028, 2029 роках нам потрібно буде виробляти магніти на неймовірно високій швидкості», — зазначає Скоттіно.
Ця робота не обмежується Німеччиною. Скоттіно зазначає, що в Європі є ключові постачальники, що означає, що Європа може опинитися на передовій майбутньої індустрії злиття.
«Ми [європейці] пропустили цифрову хвилю, хіба ні? Але виявляється, що ми досі маємо людей, які проходять підготовку у виробництві», — говорить він.
В Step Рамсі підкреслює, що індустрія злиття давно вийшла за межі фізичного експерименту. «Зараз в сфері злиття існує реальний імпульс, і це повинно оцінюватись як сила, а не як щось, що має нас розділити. Це не гонка з однією дорогою, це набір підходів, що досліджують різні компроміси. Справжнє питання тепер полягає не в тому, яка концепція є найцікавішою, а в тому, яка може достовірно забезпечити електростанцію».
