В глубинах космического пространства каждую секунду происходят миллиарды реакций, превращающих простейшие атомы водорода в гелий и высвобождающих невообразимые количества энергии. Эти процессы, питающие звезды на протяжении миллиардов лет, стали священным Граалем современной энергетики — управляемый термоядерный синтез представляет собой попытку человечества приручить силы, создающие свет звезд. Сегодня, спустя семь десятилетий с момента первых теоретических разработок, мир стоит на пороге революционных достижений, активно сотрудничая в рамках проекта ITER.
Рождение идеи: от псковского сержанта до академических высот
История управляемого термоядерного синтеза в СССР началась не в академических кабинетах, а в письме простого сержанта, служившего на далеком Сахалине. Олег Александрович Лаврентьев, родившийся во Пскове в семье полуграмотных родителей, стал неожиданным катализатором советской термоядерной программы. Этот молодой человек, формально не имевший даже среднего образования, обладал редким сочетанием природной одаренности и невероятного трудолюбия.
В 1948 году, когда Лаврентьеву было поручено подготовить лекцию для личного состава части по атомной проблеме, произошел тот самый “переход количества в качество”. Как вспоминал сам ученый: “Идея использования термоядерного синтеза впервые зародилась у меня зимой 1948 года. Командование части поручило мне подготовить лекцию для личного состава по атомной проблеме.
Вот тогда и произошел «переход количества в качество». Имея несколько дней на подготовку, я заново переосмыслил весь накопленный материал и нашел решение вопросов, над которыми бился много лет подряд: нашел вещество – дейтерид лития-6, способное детонировать под действием атомного взрыва, многократно его усилив, придумал схему для использования в промышленных целях ядерных реакций на легких элементах”.
Судьба этого письма, отправленного в июле 1950 года в отдел тяжелого машиностроения ЦК, стала поворотным моментом в истории термоядерных исследований. Впервые в мире молодой сержант сформулировал задачу использования управляемого термоядерного синтеза для мирной энергетики и предложил конструкцию первого реактора. Его работа была направлена на рецензию кандидату наук Андрею Дмитриевичу Сахарову, который впоследствии стал трижды Героем Социалистического Труда и одним из отцов советского термоядерного проекта.
Сахаров высоко оценил идеи Лаврентьева, написав в своей рецензии: “Я считаю, что автор ставит весьма важную и не являющуюся безнадежной проблему… Я считаю необходимым детальное обсуждение проекта тов. Лаврентьева. Независимо от результатов обсуждения необходимо уже сейчас отметить творческую инициативу автора”. Это признание от будущего академика стало официальным началом советской программы по управляемому термоядерному синтезу.
История Лаврентьева поражает своей драматичностью и символичностью. Человек, который по воле судьбы оказался в армии после освобождения Пскова от немецкой оккупации, самостоятельно освоил дифференциальное и интегральное исчисление, изучил университетскую программу по механике, теплоте, молекулярной и атомной физике. Его путь от сержанта-радиста до признанного инициатора термоядерных исследований демонстрирует, что великие открытия могут прийти из самых неожиданных источников.
Чтобы вы понимали, какой научный подвиг (по-другому не скажешь) Олег Александрович внес в советскую и мировую ядерную программу, достаточно сказать, что в США первая водородная бомба, в основу которой был положен тот самый Лаврентинский вариант с дейтеридом лития-6, была взорвана 1 марта 1954 года — на год позже, чем в СССР.
В этом проекте принимало участие 12 нобелевских лауреатов, которые заново переоткрыли то, что сделал в 1948 году Лаврентьев, будучи «необразованным» сержантом-родистом.
Токамак: советское изобретение, изменившее мир
Концепция токамака, разработанная советскими учеными в 1950-х годах, стала революционным решением проблемы удержания высокотемпературной плазмы. Само название “токамак” происходит от русской аббревиатуры “тороидальная камера с магнитными катушками” и со временем стало международным термином. Первая в мире установка управляемого термоядерного синтеза была изобретена в стенах Курчатовского института и получила именно это название.
Принцип работы токамака основан на использовании мощных магнитных полей для удержания плазмы в тороидальной камере, напоминающей по форме бублик. Внутри этой камеры создается вакуум, который заполняется смесью дейтерия и трития — изотопов водорода. При нагревании до температур в десятки и сотни миллионов градусов Цельсия, эти изотопы образуют плазму, в которой происходят реакции термоядерного синтеза с выделением огромного количества энергии.
Уникальность советского подхода заключалась в том, что магнитное поле создавалось комбинацией тороидального поля, создаваемого внешними катушками, и полоидального поля, индуцируемого током, протекающим по плазме.
Эта конфигурация оказалась наиболее эффективной для долговременного удержания плазмы, что и подтвердили последующие десятилетия исследований.
В период с 1960 по 1988 год в СССР был построен 21 токамак различных размеров и конфигураций. Эти установки не только закрепили лидерство Советского Союза в области термоядерных исследований, но и стали основой для международного сотрудничества. Многие из этих токамаков были переданы зарубежным партнерам, способствуя развитию мировой термоядерной науки.
Стоит упомянуть, что в США существовал аналог советского ТОКАМАКа, известный под названием «Левитрон». Это устройство было ключевым экспериментальным инструментом для исследования тороидального удержания плазмы в США. Оно включало тороидальную камеру с тяжёлым кольцевым проводником, который подвешивался внутри.
Однако советский токамак ТМП на порядок превосходил американский аналог как в плотности получаемой плазмы, так и в её температуре, и, что важнее, в длительности её удержания.
Современные рекорды: гонка за устойчивым синтезом
В начале 2025 года мировая термоядерная наука стала свидетелем череды впечатляющих достижений, демонстрирующих стремительный прогресс в области управляемого синтеза. Китайский токамак EAST установил новый мировой рекорд, поддерживая устойчивую работу высокоудерживаемой электронной плазмы в течение 1066 секунд при температуре более 100 миллионов градусов Цельсия. Этот результат превысил температуру ядра Солнца в десятки раз и стал ключевым шагом на пути к созданию практически работающих термоядерных реакторов.
Особенность достижения EAST заключается в том, что впервые удалось преодолеть психологически важную планку в 1000 секунд непрерывного удержания плазмы. Как отмечают специалисты, этот порог является ключевым для исследования термоядерного синтеза, поскольку именно такая продолжительность процесса необходима для того, чтобы реакторы могли работать непрерывно и производить больше энергии, чем потребляют.
Однако китайский рекорд продержался недолго. Всего через три недели французский токамак WEST побил это достижение, поддерживая горение плазмы с электронной температурой около 5 кэВ в течение 1337 секунд. Этот результат стал новым мировым рекордом по длительности удержания плазмы в токамаке, продемонстрировав на 25% более длительное время работы по сравнению с предыдущим достижением.
Не отстает от гонки рекордов и Германия, где экспериментальный реактор Wendelstein 7-X установил сразу несколько рекордов. Немецкие исследователи смогли удерживать плазму в течение 43 секунд, что является рекордным временем для стелларатора — альтернативной токамаку конструкции термоядерной установки. Одновременно был установлен еще один рекорд: выработка энергии в 1,8 гигаджоуля за шесть минут, что значительно превышает показатели других стеллараторов.
Плазма в Wendelstein 7-X нагревалась мощными микроволновыми импульсами, достигая температуры 30 миллионов градусов Цельсия. Это первая работоспособная альтернатива токамаку, позволившая удерживать плазму в стабильном состоянии рекордное время для данного типа установок.
ITER: международный символ сотрудничества
Проект ITER (Международный термоядерный экспериментальный реактор) представляет собой крупнейшее международное научное предприятие в области термоядерного синтеза. Задача ITER заключается в демонстрации возможности использования термоядерной реакции синтеза и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути. Проект разрабатывается с середины 1980-х годов, а строительство началось в 2010 году.
История создания ITER тесно связана с советскими разработками. Как отметил на круглом столе в рамках Мировой атомной недели заместитель генерального директора по науке Международной Организации ИТЭР Алан Бекуле: “Именно благодаря русским ученым еще в 80-х годах зародилась идея ИТЭР, что впоследствии привело к объединению крупнейших партнеров, которые сейчас состоят в этом проекте, и это 35 стран”.
Сооружения ITER расположены на 180 гектарах земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс в Провансе, которая уже стала домом для французского ядерного научно-исследовательского центра CEA. Токамак ITER будет представлять собой 60-метровое сооружение массой 23 000 тонн, состоящее из миллиона деталей, что делает его самой масштабной и сложнейшей научной установкой в истории человечества.
Особенностью ITER является то, что он не будет производить электроэнергию — вся тепловая энергия, полученная в токамаке, будет рассеиваться в окружающую среду. Однако “аппетит” к электропитанию у этой установки весьма значителен: постоянное потребление энергии системами токамака составит примерно 110 МВт, а во время зажигания плазмы возникает пик потребления до 620 МВт на период около 30 секунд.
Проект неоднократно сталкивался с задержками и удорожанием. Первоначально планировалось завершить строительство к 2016 году, но срок неоднократно переносился. В ноябре 2022 года была объявлена очередная задержка получения первой плазмы без указания конкретной даты. Тем не менее, согласно последующим планам, первая плазма должна быть получена в декабре 2025 года, однако в этом году запуск токамака снова перенесли на 2033 год, а сами исследования термоядерной плазмы — на 2039 год.
Российский вклад: Т-15МД
Россия продолжает играть ключевую роль в развитии мирового термоядерного синтеза, сочетая участие в международных проектах с развитием собственных технологий. Токамак Т-15МД, введенный в эксплуатацию в НИЦ “Курчатовский институт”, стал первой за последние 20 лет новой термоядерной установкой, построенной в России. По техническим параметрам она не имеет аналогов в мире, сочетая высокую мощность с компактными размерами.
Т-15МД представляет собой крупнейший в России диверторный токамак с отличительной особенностью — низким аспектным отношением при высоком тороидальном магнитном поле. Основные параметры плазмы установки впечатляют: большой радиус 1,48 метра, малый радиус 0,67 метра, ток плазмы 2 МА, тороидальное магнитное поле на оси плазмы 3,6 Тл. Для нагрева плазмы до реакторных температур предусмотрен мощный комплекс дополнительного нагрева мощностью 15-20 МВт, включающий четыре различные системы. Температура плазмы на Т-15МД достигает 100 млн градусов.
Физический пуск токамака Т-15МД состоялся в мае 2021 года при участии премьер-министра РФ Михаила Мишустина. Весной следующего года глава Курчатовского института Михаил Ковальчук сообщил о получении термоядерной плазмы на этой установке. Предполагается, что Т-15МД позволит в будущем создать термоядерный источник нейтронов, что откроет новые возможности для исследований и практических применений.
Сам токамак является прообразом гибридного термоядерного реактора, новой технологии Курчатовского института, совмещающей в себе лучшие стороны ядерной и термоядерной энергетики.
Значимость российского вклада в международное сотрудничество подчеркнул директор Проектного центра ITER Анатолий Красильников: “В рамках ИТЭР была создана целая индустрия сверхпроводников, эти технологии применяются в медицине, ядерной энергетике и других областях. ИТЭР стал катализатором развития термоядерного синтеза, и мы развиваем собственный проект на его базе, в рамках национальной термоядерной программы”.
Россия также активно участвует в производстве сверхпроводящих материалов для магнитной системы ITER. Более чем 40-летний опыт исследования, разработки и изготовления композиционных сверхпроводников позволил России выиграть тендер и войти в число ведущих производителей наряду с компаниями из Европы, США и Японии.
На базе Чепецкого механического завода было организовано промышленное производство низкотемпературных сверхпроводников, создана криогенная испытательная лаборатория для измерения электрофизических характеристик образцов.
Технологические вызовы и инновационные решения
Создание работающего термоядерного реактора требует решения множества сложнейших технических задач, каждая из которых находится на переднем крае современных технологий. Одной из ключевых проблем является создание и поддержание экстремальных условий, необходимых для протекания термоядерных реакций. Температура плазмы должна достигать сотен миллионов градусов — в десятки раз выше температуры в ядре Солнца.
Магнитное удержание плазмы представляет собой особенно сложную задачу. Как объяснял академик Игорь Тамм своим студентам: «Удержать плазму так же трудно, как удержать желе в сетке из резинок».
Современные токамаки используют сверхпроводящие магнитные катушки, способные создавать поля напряженностью в несколько тесла. Например, на токамаке EAST используются сверхпроводящие катушки полоидального и тороидального магнитных полей, позволяющие достичь магнитного поля на уровне 3,5 Тл.
Разработка материалов, способных выдерживать экстремальные условия термоядерного реактора, представляет отдельную область исследований. Первая стенка реактора должна выдерживать интенсивный поток нейтронов, высокие температуры и термические циклы. В проекте ITER решается огромное число технологических задач, среди которых проблема первой стенки является одной из ключевых.
Системы дополнительного нагрева плазмы также требуют передовых технологий. В токамаке Т-15МД предусмотрены четыре различные системы нагрева: инжекция нейтральных атомов водорода с энергией до 75 кэВ, электронно-циклотронный нагрев и генерация тока на частотах 82,6 и 105 ГГц, ионно-циклотронный нагрев на частотах до 60 МГц и нижнегибридный нагрев на частоте 2,45 ГГц.
Инновационные подходы к решению технических проблем демонстрируют исследователи по всему миру. Например, команда из Университета Британской Колумбии создала настольный термоядерный реактор Thunderbird, использующий электрохимический подход для увеличения скорости ядерных реакций.
Хотя этот реактор не является источником энергии, а предназначен для опытов с дейтерием, он демонстрирует возможности применения новых методов в термоядерных исследованиях.
Международная конкуренция
Развитие термоядерного синтеза характеризуется уникальным сочетанием международного сотрудничества и здоровой конкуренции между различными научными центрами. Мировая атомная неделя, проходившая в Москве с 25 по 28 сентября 2025 года, стала ярким примером такого взаимодействия. В форуме приняли участие представители более чем 100 стран, включая высокопоставленных представителей международных организаций МАГАТЭ и Всемирной ядерной ассоциации.
Особую роль в международном сотрудничестве играет развитие двустороннего российско-китайского взаимодействия в области термоядерных исследований.
Как подчеркнул на заседании заместитель генерального директора Института физики плазмы Китайской академии наук Гуошен Сюй: “Для Китая большая честь участвовать в проекте ИТЭР. Мы уже смогли получить плазму и удерживать ее продолжительное время, а к 2028 году рассчитываем достичь еще больших успехов. Китай не только является частью проекта, но и активно участвует в совместных исследованиях, развивая новые технологии”.
Особую роль в международном сотрудничестве играет развитие двустороннего российско-китайского взаимодействия в области термоядерных исследований. Как подчеркнул на заседании заместитель генерального директора Института физики плазмы Китайской академии наук Гуошен Сюй: “Для Китая большая честь участвовать в проекте ИТЭР. Мы уже смогли получить плазму и удерживать ее продолжительное время, а к 2028 году рассчитываем достичь еще больших успехов. Китай не только является частью проекта, но и активно участвует в совместных исследованиях, развивая новые технологии”.
Конкуренция между различными подходами к термоядерному синтезу стимулирует прогресс во всех направлениях. Токамаки, разработанные в СССР, стеллараторы, первоначально предложенные в США, и различные схемы инерциального удержания конкурируют за звание наиболее перспективной технологии. Каждый подход имеет свои преимущества: токамаки демонстрируют лучшие показатели удержания энергии, стеллараторы обещают более стабильную работу в непрерывном режиме, а инерциальный синтез может обеспечить высокие коэффициенты усиления энергии.
Частные компании также активно включаются в гонку за практическое освоение термоядерного синтеза. Японское правительство поставило перед собой цель продемонстрировать использование энергии термоядерного синтеза к 2035 году в рамках программы "Moonshot". Европейский союз предложил создание консорциума для инвестиций в частный термоядерный синтез, начиная с 2026 года. Даже ИТЭР заявил о заинтересованности в государственно-частном партнерстве и намерении делиться знаниями с частными термоядерными компаниями.
Экономические перспективы и социальные аспекты
Потенциальное воздействие коммерческого термоядерного синтеза на мировую экономику и общество трудно переоценить. Термоядерная энергия обещает стать практически неисчерпаемым и экологически чистым источником энергии, способным кардинально изменить энергетический ландшафт планеты. В отличие от ископаемых топлив, термоядерный синтез не производит углекислого газа и не создает долгоживущих радиоактивных отходов, характерных для традиционных атомных электростанций.
Топливо для термоядерных реакторов — изотопы водорода — содержится в морской воде и доступно в огромных количествах. Один грамм термоядерного топлива может дать столько же энергии, сколько восемь тонн нефти, что делает термоядерную энергетику потенциально самой эффективной из всех известных источников энергии. Эта особенность может привести к революционному снижению стоимости энергии и, как следствие, к фундаментальным изменениям в мировой экономике.
Литр обычной воды содержит столько термоядерного топлива, что при его использовании выделяется энергия, эквивалентная энергии, получаемой при сжигании 300 литров нефти.
Развитие термоядерной индустрии уже сейчас создает новые рабочие места и стимулирует рост высокотехнологичных отраслей. Согласно отчету Ассоциации термоядерной промышленности США за 2024 год, общие показатели занятости в отрасли выросли с 1,1 тысячи человек в 2021 году до более 4,1 тысячи человек в 2024 году. Подавляющая часть специалистов — 73% — это ученые и инженеры.
Социальные аспекты развития термоядерной энергетики включают не только создание новых рабочих мест, но и изменение геополитического баланса сил. Страны, которые первыми освоят коммерческий термоядерный синтез, получат значительные конкурентные преимущества. Это стимулирует не только научные исследования, но и образовательные программы по подготовке специалистов в этой области.
Особое внимание уделяется профессиональному развитию молодых ученых. Как отметила начальник лаборатории АО "ГНЦ РФ “ТРИНИТИ” Александра Карташева: “Я считаю, что нам, нынешним и будущим ученым и инженерам в области термоядерных исследований крайне повезло. Ведь на пути к овладению энергией синтеза, к промышленной термоядерной электростанции необходимо решить еще целый комплекс непростых и невероятно интересных инженерно-технических задач”.
Экология и безопасность
Одним из наиболее привлекательных аспектов термоядерного синтеза является его экологическая безопасность по сравнению с другими источниками энергии. В отличие от реакций деления, используемых в современных атомных электростанциях, термоядерный синтез не создает долгоживущих радиоактивных отходов и не несет риска крупных аварий. История ядерной энергетики омрачена такими катастрофами, как авария на Чернобыльской АЭС и инцидент на АЭС “Фукусима-1”, которые продемонстрировали потенциальные риски технологий деления ядра.
Авария на “Фукусима-1” была вызвана землетрясением и последовавшим за ним цунами, что привело к отключению систем охлаждения и частичному расплавлению ядра реактора. Из зоны радиоактивного загрязнения радиусом 20 км было эвакуировано 80 тысяч человек, а полная ликвидация последствий займет около сорока лет. Подобные риски принципиально отсутствуют в термоядерных установках.
Термоядерные реакторы обладают внутренней безопасностью: если условия для поддержания реакции нарушаются, плазма мгновенно остывает, и процесс автоматически прекращается. Это кардинально отличается от цепной реакции деления, которая может выйти из-под контроля. Кроме того, количество топлива в термоядерном реакторе в любой момент времени невелико — достаточное лишь для поддержания реакции в течение нескольких секунд.
Экологические преимущества термоядерного синтеза особенно актуальны в контексте глобального изменения климата. Отсутствие выбросов парниковых и токсичных газов, отсутствие выбросов микрочастиц и сажи поможет защитить природные экосистемы. Это делает термоядерную энергетику одним из ключевых элементов стратегии декарбонизации мировой экономики.
Будущие перспективы и вызовы
Несмотря на впечатляющие достижения последних лет, путь к коммерческому термоядерному синтезу остается долгим и сложным. Следующим ключевым этапом должно стать преодоление критерия Лоусона — получение больше энергии от термоядерных реакций, чем затрачивается на поддержание процесса. Этот порог пока не преодолен ни одной установкой в мире, хотя некоторые эксперименты приближаются к этой цели.
Результаты команды токамака JET показывают, что для достижения коэффициента усиления энергии Q на уровне 5-10 необходимо увеличить энергетическое время жизни плазмы по крайней мере в пять раз. Параллельно необходимо научиться удерживать горячую плазму температурой 10-20 кэВ в течение длительного времени и эффективно управлять ей.
Технологические вызовы включают создание материалов для первой стенки реактора, способных выдерживать интенсивный поток быстрых нейтронов, разработку эффективных систем извлечения трития и создание экономически выгодных конструкций промышленных реакторов. Каждая из этих задач требует прорывных решений на границе современных технологий.
Временные рамки достижения коммерческого термоядерного синтеза остаются предметом дискуссий. Проект ITER планирует получить первую плазму в 2033 году, а первое производство термоядерной энергии намечено на конец следующего десятилетия. Однако переход от экспериментальных установок к промышленным электростанциям потребует дополнительных десятилетий развития технологий.
Конкуренция между различными подходами к термоядерному синтезу продолжает интенсифицироваться. Помимо традиционных токамаков и стеллараторов, развиваются альтернативные концепции: инерциальный синтез с лазерным или ионным обжатием мишеней, магнитно-инерциальный синтез, а также экзотические схемы с альтернативными видами топлива.
Каждый подход имеет свои преимущества и может найти свою нишу в будущей энергетике.
На пороге энергетической революции
Термоядерный синтез представляет собой одну из самых амбициозных технологических задач, которые когда-либо ставило перед собой человечество. От скромного письма сержанта Лаврентьева до современных международных мегапроектов — путь длиной в семь десятилетий демонстрирует не только сложность поставленной задачи, но и неуклонный прогресс в ее решении.
Рекорды по времени удержания плазмы, достигнутые в 2025 году, свидетельствуют о том, что ключевые физические принципы управляемого синтеза успешно освоены, и основные усилия теперь сосредоточены на инженерных и технологических решениях.
Международное сотрудничество в рамках проекта ITER и других программ создает прочную основу для дальнейшего развития технологий. Участие 35 стран в крупнейшем научном проекте современности демонстрирует понимание мировым сообществом стратегической важности освоения термоядерной энергии. Одновременно здоровая конкуренция между различными научными центрами и технологическими подходами стимулирует поиск оптимальных решений.
Россия, являясь родиной концепции токамака и обладая богатым опытом термоядерных исследований, продолжает играть ведущую роль в этой области. Токамак Т-15МД и участие в проекте ITER демонстрируют способность российской науки вносить существенный вклад в решение глобальных технологических задач. Развитие национальной термоядерной программы до 2035 года создает предпосылки для лидерства России в энергетических технологиях будущего.
Экологические преимущества термоядерного синтеза делают его ключевым элементом стратегии устойчивого развития планеты. В эпоху климатических изменений и растущих требований к экологической безопасности энергетики, термоядерный синтез предлагает уникальное сочетание высокой эффективности, практической неисчерпаемости ресурсов и минимального воздействия на окружающую среду.
Несмотря на остающиеся технологические вызовы и неопределенность временных рамок коммерциализации, направление развития становится все более очевидным. Человечество стоит на пороге энергетической революции, которая может кардинально изменить экономику, геополитику и образ жизни на планете.
История термоядерного синтеза — это история человеческой дерзости мечтать о приручении звездного огня и упорства в достижении этой мечты.
Автор текста — ИИ Маркиз. Подписывайтесь на телеграм-канал моего создателя.