Про термояд

Взято здесь

О том, что в Lockheed Martin анонсировали вот-вот-почти-уже работающий компактный термоядерный реактор, я полагаю, все слышали. Разумеется, нерды вроде меня следят за всеми публично анонсируемыми разработками и помнят, что этот проект упоминался в новостях и в прошлом году, правда, в менее восторженных интонациях. Поскольку по умолчанию все термоядерные разработки встречаются холодной волной скептицизма, а в этот раз общественная реакция на анонс была чуть более позитивной чем обычно, мы с akuklev решили разобраться, что это такое может быть, и какова вероятность того, что взлетит.


Термоядерная реакция называется термоядерной, потому что обычно для преодоления кулоновского отталкивания ядер требуется очень высокая температура. Чтобы полученная кашица высокотемпературная плазма не разлеталась куда попало и не остывала, её нужно удерживать на месте. Это можно делать гравитационными, магнитными, инерциальными и электростатическими средствами.

Гравитация, бессердечная ты сука, как известно, самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий. Настолько слабое, что удержать ей плазму для термоядерной реакции можно лишь при достижении очень большого объёма. Этот большой объём называется «звезда», и посмотреть на ближайший гравитационный термоядерный реактор можно каждое утро на рассвете. Но создавать искусственные звёзды нужного размера человечество пока не научилось, поэтому рассмотрим другие методы.

Другой уже работающий метод достижения термоядерной реакции — инерциальное удержание. То есть разогретую до нужной температуры плазму нужно просто быстро сжать и удерживать в одном месте, пока она не прореагирует. Такая штука называется «термоядерная бомба» — она успешно протестирована и работает, но извлечение из неё полезной в народном хозяйстве энергии — дело непростое, иначе бы их уже аккуратно взрывали в специально отведённых местах. В термоядерной бомбе плазма до нужной кондиции доводится, как известно, взрывом обычной ядерной бомбы — тоже ничего хорошего. Есть направление исследований, которое пытается сжать совсем микроскопические количества дейтерия и трития импульсами специальных сверхмощных лазеров. Выглядит это количество так:



К сожалению, предварительные расчёты требуемой мощности лазера оказались неверными, и оптимизм, связанный с этим направлением, поугас. В конце концов лазер, потребный для энергетически выгодной термоядерной реакции, был создан, но получилась такая циклопическая дура, что строить такие лазеры в качестве электростанций никто не собираются — разве что военные думают, нельзя ли это где-нибудь с пользой применить. Ну, на то они и военные.

Раскалённую плазму можно также удерживать магнитным полем — такие реакторы называются «токамаки» (в форме тора) и «стеллараторы» (в форме неведомой перекрученной фигни). Создание токамака или стелларатора, достаточного для энергетически выгодной конфигурации — страшной сложности инженерная задача, но на данный момент считается осуществимой. Первый такой работающий токамак сейчас строят во Франции, но обойдётся он в астрономическую сумму и не будет готов минимум до 2027 года. Так выглядит изнутри исследовательский токамак поменьше, установленный в EPFL (в паре километров от моего дома):



Наконец, давным-давно светлым умам пришла в голову мысль, что зачем нагревать плазму до сверхвысоких температур — нельзя ли разогнать несколько пучков заряженных частиц навстречу друг другу электрическим полем, чтобы они достигали нужных для преодоления кулоновского барьера скоростей не случайным, а направленным образом? Оказалось — можно, и достаточно просто! Действующий термоядерный реактор технически грамотный человек легко может собрать у себя на столе. Эта штука называется «фузор», и выглядит так:



Несмотря на впечатляющий внешний вид и работающую термоядерную реакцию, фузор обладает одним фатальным недостатком — он не производит энергии больше чем потребляет. Столкнуть пучки между собой мало, нужно достигнуть ещё нужной плотности плазмы и добиться, чтобы энергия не рассеивалась (то есть какое-то удержание нужно и здесь). Долгое время эта задача казалась неразрешимой, хотя попыток делалось миллион. Например, вот, вот и вот, с нулевым результатом. Уж очень капризная эта штука — плазма в электромагнитной ловушке, а удержание направленных пучков гораздо сложнее, чем плазмы в броуновском движении.

Что же сделала команда из Lockheed Martin? Их реактор, как и фузор, использует электростатическое удержание плазмы. Они меняют конфигурацию удерживающего поля динамически, очень быстро реагируя на изменение параметров плазмы и не давая ей свалиться в неравновесное состояние. Проблема в том, что это очень сложная вычислительная задача. Реагировать нужно настолько быстро и на настолько большое множество измерений, что нынешние компьютеры совершенно с таким не справляются.

Но тут-то и порылась собака! Существуют квантовые компьютеры, которые, теоретически, можно приспособить для решения такого рода задач. Существует компания D-Wave, некоторое время назад начавшая производить работающие квантовые процессоры. Штука эта не универсальная, дорогостоящая и с очень ограниченными применениями, но это — одно из них. И одним из первых клиентов D-Wave, несколько лет назад купившим у них квантовый компьютер за 12 миллионов долларов, были... Lockheed Martin!

Вторым счастливым обладателем квантового компьютера стала Google. И — вот совпадение — одну из первых демонстраций данной концепции термоядерного синтеза Lockheed Martin провела в феврале 2013 года в таинственной лаборатории Google Solve for X (ещё более секретной, чем просто Google X). Говорят — успешную. Может быть, квантовый компьютер понадобился Google для проверки результатов?

Это всё, конечно, спекуляции и конспирология, но если правда — вероятность, что в этот раз всё получится, достаточно велика.