3 июня 2025 года в Германии экспериментальный стелларатор Wendelstein 7-X впервые удержал плазму 43 с — мировой рекорд в гонке за вечным двигателем. Но сможет ли сложная машина победить более простой токамак, на котором работают ITER и Китай? Разбираем ключевые отличия и риски обоих подходов.
Термоядерный синтез — это процесс, который может стать источником практически неисчерпаемой и экологически чистой энергии. Единственное, для его реализации необходимы экстремальные условия: температура в десятки миллионов градусов и эффективное удержание плазмы — ионизированного газа.
Для стабилизации и контроля горячей плазмы существуют две ведущие концепции — токамаки и стеллараторы. Они предлагают разные инженерные решения для достижения одной цели: обеспечить удержание плазмы в течение достаточного времени для получения энергетически выгодного синтеза.
Токамаки — это установки с тороидальной камерой в форме бублика, где плазма удерживается с помощью сильного магнитного поля. Оно создаётся как внешними катушками, так и электрическим током, который протекает по самой плазме. Этот ток индуцируется трансформатором, встроенным в устройство. Именно ток придаёт плазме стабильность и позволяет ей нагреваться.
Токамаки, включая международный проект ITER, являются наиболее развитыми и испытанными конструкциями для реализации термоядерного синтеза. Но, несмотря на всё это, у них есть недостаток — импульсный режим работы. Поскольку ток в плазме создаётся трансформатором, он не может поддерживаться бесконечно, что ограничивает продолжительность удержания плазмы. Помимо этого, ток в плазме может вызывать магнитные неустойчивости, поэтому для их контроля требуются сложные инженерные системы.
Стеллараторы, напротив, используют только внешние магнитные катушки, формируя сложное трёхмерное магнитное поле, которое удерживает плазму без необходимости индуцировать в ней ток. Благодаря этому они работают в стационарном режиме, то есть теоретически способны удерживать плазму неограниченно долго. Кроме того, отсутствие тока в плазме делает систему более стабильной и предсказуемой с физической точки зрения.
Несмотря на это, стеллараторы значительно сложнее в инженерной реализации. Проектирование и производство их несимметричных магнитных катушек требует высокоточной компьютерной оптимизации и уникального производственного оборудования. Именно эта технологическая сложность долгое время сдерживала развитие стеллараторов, пока в 2015 году в Германии не был запущен Wendelstein 7-X — крупнейший и наиболее совершенный стелларатор в мире. Эксперименты на этой установке уже доказали высокую эффективность удержания плазмы и соответствие между расчётами и экспериментом.
3 июня 2025 года Wendelstein 7-X установил мировой рекорд — устойчивое удержание плазмы на протяжении 43 секунд.
Так что же несёт больше опасности? Сравнивая оба типа оборудования, можно сказать, что стеллараторы всё-таки инженерно сложнее, потому что из-за трёхмерной формы и плотной компоновки компонентов доступ к внутренним частям реактора затруднён. Это может нести риски.
А вообще, подытоживая, можно сказать, что токамаки и стеллараторы вовсе не конкурируют, а дополняют друг друга. Токамаки продвигаются быстрее благодаря более простому проектированию и зрелости технологии, в то время как стеллараторы предлагают потенциально более стабильное и непрерывное решение.