Новая концепция быстрого поджига ИТС: путь к коммерческому термоядерному синтезу
Ведущая британская компания в области технологий инерциального термоядерного синтеза First Light Fusion (FLF) представила новый метод достижения высокого коэффициента усиления термоядерного реактора.
В опубликованной технической документации изложена новая концепция осуществления управляемой термоядерной реакции под названием FLARE (Fusion via Low-power Assembly and Rapid Excitation), а также предложен оригинальный подход к проектированию энергетической установки.
В основе технологии FLARE лежит одно из направлений инерциального термоядерного синтеза — так называемый быстрый поджиг (fast ignition). Если традиционный подход к инерциальному термоядерному синтезу предполагает одновременное сжатие и нагрев термоядерного топлива для выполнения критерия инерциального удержания и критерия зажигания, то метод быстрого поджига разделяет этот процесс на два этапа: сначала топливо сжимается более или менее однородно до необходимых значений параметра удержания, а затем в момент максимального сжатия очень быстро впрыскивается необходимая порция энергии для локального нагрева. Несмотря на то, что концепция быстрого поджига является предметом длительных исследований, её практическая реализация стала возможной благодаря применению уникальной технологии усилителей First Light (мишени) с использованием систем существенно меньшей мощности по сравнению с традиционными установками.
По утверждению FLF, подход FLARE создаёт основу для проектирования коммерческих реакторов, способных функционировать на базе менее мощных и более доступных систем, что потенциально открывает возможность для широкого развёртывания таких энергетических установок по всему миру.
Одной из основных характеристик термоядерного реактора, отражающей в том числе его энергетическую самоокупаемость, является коэффициент усиления, определяемый как отношение средней удельной мощности полного энерговыделения к удельной мощности внешнего нагрева. Согласно оценкам FLF, концепция FLARE потенциально способна обеспечить коэффициент усиления, приближающийся к 1000. Проведённое компанией экономическое моделирование указывает, что для коммерческой конкурентоспособности термоядерной энергетики необходим коэффициент усиления не менее 200, тогда как достижение уровня в 1000 позволит получать энергию по чрезвычайно низкой стоимости. Следует отметить, что текущее рекордное значение коэффициента усиления, равное 4, было достигнуто в мае текущего года на установке NIF (National Ignition Facility) Министерства энергетики США.
По данным FLF, стоимость строительства экспериментальной установки для демонстрации усиления в новом масштабе, как ожидается, составит лишь одну двадцатую от стоимости комплекса NIF, причём её реализация возможна на базе существующих проверенных технологий. Благодаря сниженным требованиям к энергии и мощности, обеспечиваемым технологией FLARE, будущие коммерческие энергетические установки могут характеризоваться значительно более низкими удельными капиталовложениями по сравнению с другими схемами инерциального термоядерного синтеза. Их конструкция будет обладать меньшей сложностью, а стоимость ключевых компонентов, таких как система подвода энергии, может составить одну десятую от капитальных затрат ранее предложенных схем с быстрым поджигом.
Как указывается в заявлении компании, опора на существующие технологии в рамках подхода First Light снимает ряд ограничений для развёртывания инерциального термоядерного синтеза, открывая потенциал для использования действующих цепочек поставок, существенного снижения капитальных затрат, ускорения процедур получения разрешений на строительство и уменьшения административных барьеров при внедрении коммерческих термоядерных станций.
Далее читайте ниже, в Подробнее.
Подход FLARE нацелен на создание реакторов мощностью 400 МВт, обладающих при этом достаточной компактностью для беспрепятственной интеграции в существующие электросети. Данная технология рассматривается как особенно перспективная для энергоёмких центров обработки данных, в частности для систем искусственного интеллекта, которые требуют надёжного питания базовой нагрузки, но сталкиваются с растущими ограничениями на развитие инфраструктуры и длительными сроками подключения к сетям.
Компания First Light Fusion была основана профессором Яннисом Вентикосом с кафедры машиностроения Университетского колледжа Лондона и Николасом Хокером, ранее преподававшим инженерию в колледже Леди Маргарет Холл Оксфордского университета. Компания была выделена из Оксфордского университета в июле 2011 года при стартовом финансировании от IP Group plc, Parkwalk Advisors Ltd и частных инвесторов, с последующим привлечением средств от Invesco и OSI.
В феврале текущего года базирующаяся в Оксфордшире First Light Fusion объявила о стратегическом решении сосредоточиться на коммерческих партнерствах с компаниями, работающими в области термоядерного синтеза и заинтересованными в использовании её технологии усилителей, а также на неприкладных направлениях, таких как сотрудничество с NASA, направленное на моделирование высокоскоростных столкновений в космическом пространстве. Отказ от планов по строительству собственной термоядерной электростанции и переориентация на партнерскую модель призваны, по заявлению компании, использовать значительные рыночные возможности в сфере инерциального термоядерного синтеза для получения более ранних доходов и снижения долгосрочной потребности в финансировании.
Согласно прогнозам отраслевых аналитиков, объём мирового рынка термоядерной энергетики к 2040 году может достичь 1 триллиона долларов. Наблюдается значительный приток инвестиций в частные компании данной сферы, которые с 2021 года привлекли совокупно более 5 миллиардов долларов. Этот рост во многом стимулирован прорывными результатами, достигнутыми на таких объектах, как NIF.
Технический документ «FLARE – A Bold Strategy To Unlock Fusion Power» доступен для чтения после регистрации на сайте компании по адресу firstlightfusion.com.