Дотянуться до звезд
ОБЗОР / #9_2025
Текст: Роман ЖОЛУДЬ / Фото: Википедия, Commonwealth Fusion System, QST, ITER, Курчатовский институт, UKAEA
Управляемый термоядерный синтез — не просто новый и практически неисчерпаемый источник энергии. Это еще и ключ к экологической безопасности, технологическому лидерству и, как следствие, политическому превосходству. Поэтому страны, имеющие такую возможность, активно развивают национальные термоядерные программы. Эксперты отраслевого Центра аналитических исследований и разработок (ЦАИР) подготовили краткий обзор термоядерных достижений разных стран.
Антон Пономарев
заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации» — директор ЦАИРа
«Практическое использование энергии управляемого термоядерного синтеза (УТС) — амбициозный проект человечества, стремящегося поставить себе на службу процессы, протекающие в недрах звезд. Если традиционная ядерная энергетика, основанная на реакциях деления атомного ядра, использует потенциал тяжелых элементов, содержащихся в земной коре (природный ядерный реактор, как нам теперь известно, работал в Окло 2 млрд лет назад), то термоядерная энергетика претендует на поистине космический уровень используемых ресурсов — как в количественном, так и в качественном отношении.
Потенциал УТС как энергоисточника превышает потенциал реакции деления. Плюс отсутствие углеродсодержащих выбросов, пониженная радиационная опасность, принципиальная невозможность неуправляемого разгона и неограниченность топливных ресурсов, особенно значимая сегодня, в условиях ресурсных и экологических ограничений.
Советские ученые А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм сформулировали принципы термоизоляции плазмы магнитным полем и рассчитали первые модели магнитного термоядерного реактора тороидальной формы, трансформировавшегося впоследствии в токамак. Токамаки стали главным и наиболее перспективным направлением развития работ по УТС.
Государство, опередившее конкурентов и в полной мере овладевшее технологиями УТС, получит значительные преимущества в обеспечении собственной энергетической и экологической безопасности и, как следствие, серьезные политические дивиденды. В этой связи обостряется мировая конкуренция на уровне национальных программ УТС».
Потенциал УТС как энергоисточника превышает потенциал реакции деления. Плюс отсутствие углеродсодержащих выбросов, пониженная радиационная опасность, принципиальная невозможность неуправляемого разгона и неограниченность топливных ресурсов, особенно значимая сегодня, в условиях ресурсных и экологических ограничений.
Советские ученые А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм сформулировали принципы термоизоляции плазмы магнитным полем и рассчитали первые модели магнитного термоядерного реактора тороидальной формы, трансформировавшегося впоследствии в токамак. Токамаки стали главным и наиболее перспективным направлением развития работ по УТС.
Государство, опередившее конкурентов и в полной мере овладевшее технологиями УТС, получит значительные преимущества в обеспечении собственной энергетической и экологической безопасности и, как следствие, серьезные политические дивиденды. В этой связи обостряется мировая конкуренция на уровне национальных программ УТС».
В последние годы интерес к термоядерной энергии в мире заметно вырос. Программы ее развития принимаются на уровне государств и получают значительные инвестиции. Это связано с тремя основными факторами. Во-первых, термоядерная энергетика достаточно безопасна: она не создает углеродного следа, характеризуется пониженными радиационными рисками и принципиальной невозможностью неуправляемого разгона термоядерной реакции. Важна и неисчерпаемость топливного ресурса — в эпоху надвигающегося дефицита сырья она кажется очень заманчивой. Во-вторых, на экспериментальных установках ученые уже научилось достигать впечатляющих результатов в плане удержания плазмы. В-третьих, национальные термоядерные программы — мощный драйвер научно-технологического прогресса и механизм, стимулирующий развитие высокотехнологичных сегментов экономики.
Самый известный проект в области УТС —Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER, строящийся на юге Франции с 2007 года международным сообществом на паритетной основе. Евросоюз отвечает за 45,6 % проекта; Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония вносят по 9,09 %. Цель ITER — доказать возможность генерации термоядерной энергии для промышленных целей и отработать соответствующие технологические процессы.
Помимо ITER страны — участницы проекта реализуют собственные программы развития УТС. Их цель — создание национальных демонстрационных термоядерных станций. Европа, Китай, Южная Корея и Япония разрабатывают проекты на базе классического токамака и планируют запустить их на горизонте 2050 года. В России ученые работают над токамаком с высоким полем на базе высокотемпературных сверхпроводников. Это позволит значительно увеличить энергетическую эффективность реактора, уменьшив его размеры. На этом же принципе основывается проект строящегося американского токамака SPARC.
Самый известный проект в области УТС —Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER, строящийся на юге Франции с 2007 года международным сообществом на паритетной основе. Евросоюз отвечает за 45,6 % проекта; Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония вносят по 9,09 %. Цель ITER — доказать возможность генерации термоядерной энергии для промышленных целей и отработать соответствующие технологические процессы.
Помимо ITER страны — участницы проекта реализуют собственные программы развития УТС. Их цель — создание национальных демонстрационных термоядерных станций. Европа, Китай, Южная Корея и Япония разрабатывают проекты на базе классического токамака и планируют запустить их на горизонте 2050 года. В России ученые работают над токамаком с высоким полем на базе высокотемпературных сверхпроводников. Это позволит значительно увеличить энергетическую эффективность реактора, уменьшив его размеры. На этом же принципе основывается проект строящегося американского токамака SPARC.
Сотрудники CFS за работой над демонстрационным реактором SPARC
США
В Соединенных Штатах исследования термоядерной энергии ведутся как в крупных национальных лабораториях, так и частными компаниями. Американские ученые достигли значительных успехов в этой сфере с 1990‑х годов. С 1991 по 2016 год успешно работал токамак Alcator C-Mod, до сих пор удерживающий мировой рекорд по усредненному объемному давлению плазмы. На токамаке TFTR в 1994 году была впервые продемонстрирована реакция синтеза в дейтериево-тритиевой плазме. Сейчас кроме действующего токамака DIII-D в США работают два сферических токамака, стеллараторы в университетах и несколько установок уровня стартапов.
Главная американская целевая разработка последних лет — токамак SPARC с высоким магнитным полем. Этот реактор строит компания Commonwealth Fusion Systems (CFS), тесно связанная с Массачусетским технологическим институтом (MIT). SPARC должен производить 50−100 МВт термоядерной энергии. В случае успешной реализации проекта планируется его масштабирование в 2030−2040 годах до демонстрационной электростанции мощностью 200−250 МВт.
Разработки в сфере УТС поддерживаются государственной программой, рассчитанной на 2015−2024 годы.
В 2024 году министерство энергетики США выделило на термоядерный синтез более $ 1,01 млрд. Дополнительно направление финансируется министерством обороны, привлекает частные инвестиции.
В Соединенных Штатах исследования термоядерной энергии ведутся как в крупных национальных лабораториях, так и частными компаниями. Американские ученые достигли значительных успехов в этой сфере с 1990‑х годов. С 1991 по 2016 год успешно работал токамак Alcator C-Mod, до сих пор удерживающий мировой рекорд по усредненному объемному давлению плазмы. На токамаке TFTR в 1994 году была впервые продемонстрирована реакция синтеза в дейтериево-тритиевой плазме. Сейчас кроме действующего токамака DIII-D в США работают два сферических токамака, стеллараторы в университетах и несколько установок уровня стартапов.
Главная американская целевая разработка последних лет — токамак SPARC с высоким магнитным полем. Этот реактор строит компания Commonwealth Fusion Systems (CFS), тесно связанная с Массачусетским технологическим институтом (MIT). SPARC должен производить 50−100 МВт термоядерной энергии. В случае успешной реализации проекта планируется его масштабирование в 2030−2040 годах до демонстрационной электростанции мощностью 200−250 МВт.
Разработки в сфере УТС поддерживаются государственной программой, рассчитанной на 2015−2024 годы.
В 2024 году министерство энергетики США выделило на термоядерный синтез более $ 1,01 млрд. Дополнительно направление финансируется министерством обороны, привлекает частные инвестиции.
Китай
Главная заслуга КНР в области УТС — создание полностью сверхпроводящего токамака EAST. Эта установка сегодня — лидер по длительности разрядов. Кроме того, на китайском токамаке HL‑3 была продемонстрирована температура ионов свыше 100 млн К.
Китай планирует работать на существующих реакторах до середины 2030‑х годов параллельно с сооружением тестовой установки CFETR (Chinese Fusion Engineering Testing Reactor), которая станет основой китайской демостанции. К 2035−2040 годам CFETR должен выйти на мощность не менее 200 МВт.
Для выхода реактора CFETR на рабочий уровень правительство Китая решило ускоренно построить установку промежуточного масштаба — экспериментальный сверхпроводящий токамак с горящей плазмой BEST (Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak). В стране также ведутся работы по созданию собственного оборудования для термоядерных реакторов. Прототип демостанции КНР планирует построить к 2050 году. Это ознаменует создание коммерческой термоядерной энергетики в стране.
С помощью международного проекта ITER Китай не только отрабатывает технологии, но и готовит кадры для своей национальной программы. Сейчас на площадке ITER китайская рабочая группа — вторая по количеству специалистов после европейской.
В 2023 году в Китае был создан консорциум China Fusion Energy, состоящий из 25 организаций. В открытых источниках нет точной суммы финансирования китайской программы по магнитному удержанию плазмы. Известно, что на токамак EAST, запущенный в 2006 году, государство дважды выделяло около $ 0,9 млрд. По некоторым оценкам, сегодня Китай тратит на УТС $ 800−900 млн в год.
Главная заслуга КНР в области УТС — создание полностью сверхпроводящего токамака EAST. Эта установка сегодня — лидер по длительности разрядов. Кроме того, на китайском токамаке HL‑3 была продемонстрирована температура ионов свыше 100 млн К.
Китай планирует работать на существующих реакторах до середины 2030‑х годов параллельно с сооружением тестовой установки CFETR (Chinese Fusion Engineering Testing Reactor), которая станет основой китайской демостанции. К 2035−2040 годам CFETR должен выйти на мощность не менее 200 МВт.
Для выхода реактора CFETR на рабочий уровень правительство Китая решило ускоренно построить установку промежуточного масштаба — экспериментальный сверхпроводящий токамак с горящей плазмой BEST (Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak). В стране также ведутся работы по созданию собственного оборудования для термоядерных реакторов. Прототип демостанции КНР планирует построить к 2050 году. Это ознаменует создание коммерческой термоядерной энергетики в стране.
С помощью международного проекта ITER Китай не только отрабатывает технологии, но и готовит кадры для своей национальной программы. Сейчас на площадке ITER китайская рабочая группа — вторая по количеству специалистов после европейской.
В 2023 году в Китае был создан консорциум China Fusion Energy, состоящий из 25 организаций. В открытых источниках нет точной суммы финансирования китайской программы по магнитному удержанию плазмы. Известно, что на токамак EAST, запущенный в 2006 году, государство дважды выделяло около $ 0,9 млрд. По некоторым оценкам, сегодня Китай тратит на УТС $ 800−900 млн в год.
ЕС и Великобритания
В Великобритании до конца 2023 года работал крупнейший в мире токамак JET (Joint European Torus) на дейтериево-тритиевой плазме. Последний рекорд, установленный на нем в конце 2023 года, продемонстрировал выделение энергии термоядерной реакции на уровне 69 МДж. Сейчас токамак выводится из эксплуатации после 40 лет успешной работы. Остановка JET была запланирована в связи с тем, что в 2023 году предполагалось запустить ITER. Международный токамак стал бы установкой, более перспективной для исследований, так как, в отличие от JET с магнитной системой на основе меди, он должен был работать на сверхпроводниках, что продлевает импульсы.
Сейчас работы по УТС в Великобритании ведутся на сферическом токамаке MAST (Mega-Ampere Spherical Tokamak), запущенном в 1999 году. Кроме того, в стране планируют создать еще один сферический токамак для производства энергии — STEP (Spherical Tokamak for Energy Production).
Во Франции с 1988 по 2010 год эксплуатировался реактор Tore Supra; долгое время это был самый большой в мире токамак со сверхпроводящей магнитной системой. В 2003 году на нем была достигнута рекордная для того времени длительность удержания плазмы — 365 секунд. Позднее установка была реконструирована: в ней заменили графитовую первую стенку на вольфрамовую. Обновленный проект получил название WEST, эксперименты на нем начались в 2016 году. В мае 2024 года на токамаке получилось удерживать плазму более 6 минут с постоянной температурой около 50 млн °C.
Помимо этого, в ЕС работает немецкий токамак ASDEX-U, в Италии сооружается токамак DTT, также в каждой из этих стран работает стелларатор.
Практически с самого начала исследования по термоядерному синтезу в Европе координировались Европейским сообществом по атомной энергии (EURATOM), основанным в 1957 году. В 2008 году для управления проектом ITER была создана организация Fusion for Energy (F4E). С 2013 года исследования УТС координирует EUROfusion — консорциум национальных термоядерных исследовательских институтов, расположенных в ЕС и Швейцарии.
Великобритания после Брекзита автоматически вышла из проекта ITER, а в сентябре 2023 года запустила собственную программу Fusion Futures. В том же году страна стала стратегическим партнером США в области исследований УТС, а на следующий год заключила рамочное соглашение с Канадой.
Демостанция в Евросоюзе, дающая промышленную термоядерную энергию, ожидалась в течение последних 25 лет. Она должна была сооружаться с учетом опыта эксплуатации ITER, поэтому из-за смещения сроков запуска последнего, видимо, тоже будет построена и запущена позже. Кроме того, в Испании строится установка IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility Demo Oriented Neutron Source) — источник нейтронов с энергией 14 МВ для тестирования материалов, которые будут использоваться при строительстве демонстрационной и коммерческих электростанций.
Британская дорожная карта развития термоядерной энергетики предполагает использование для выработки электроэнергии токамака STEP, который должен до 2040 года обеспечить не менее 100 МВт.
Все научные исследования и разработки по теме термоядерной энергии в ЕС финансируются Евросоюзом. Общий бюджет рамочной программы разработок на 2021−2027 годы € 95,5 млрд. Финансируются также программы обучения и исследований. Отдельно Е С выделяет деньги на строительство ITER: на 2021−2027 годы заложено € 5,61 млрд.
Национальные бюджеты европейских стран также предоставляют средства на исследования УТС. Так, Германия в ближайшем будущем предполагает увеличить финансирование в этой сфере, в общей сложности до 2028 года она потратит на термоядерные и смежные исследования более € 1 млрд. Правительство Великобритании в 2021−2025 годах выделило на них сумму, эквивалентную $ 1 млрд. Плюс к этому программа Fusion Futures выделяет и будет выделять до 2027 года около $ 787 млн. Таким образом за 2021−2027 годы программа УТС Великобритании может получить около $ 1,79 млрд.
В Великобритании до конца 2023 года работал крупнейший в мире токамак JET (Joint European Torus) на дейтериево-тритиевой плазме. Последний рекорд, установленный на нем в конце 2023 года, продемонстрировал выделение энергии термоядерной реакции на уровне 69 МДж. Сейчас токамак выводится из эксплуатации после 40 лет успешной работы. Остановка JET была запланирована в связи с тем, что в 2023 году предполагалось запустить ITER. Международный токамак стал бы установкой, более перспективной для исследований, так как, в отличие от JET с магнитной системой на основе меди, он должен был работать на сверхпроводниках, что продлевает импульсы.
Сейчас работы по УТС в Великобритании ведутся на сферическом токамаке MAST (Mega-Ampere Spherical Tokamak), запущенном в 1999 году. Кроме того, в стране планируют создать еще один сферический токамак для производства энергии — STEP (Spherical Tokamak for Energy Production).
Во Франции с 1988 по 2010 год эксплуатировался реактор Tore Supra; долгое время это был самый большой в мире токамак со сверхпроводящей магнитной системой. В 2003 году на нем была достигнута рекордная для того времени длительность удержания плазмы — 365 секунд. Позднее установка была реконструирована: в ней заменили графитовую первую стенку на вольфрамовую. Обновленный проект получил название WEST, эксперименты на нем начались в 2016 году. В мае 2024 года на токамаке получилось удерживать плазму более 6 минут с постоянной температурой около 50 млн °C.
Помимо этого, в ЕС работает немецкий токамак ASDEX-U, в Италии сооружается токамак DTT, также в каждой из этих стран работает стелларатор.
Практически с самого начала исследования по термоядерному синтезу в Европе координировались Европейским сообществом по атомной энергии (EURATOM), основанным в 1957 году. В 2008 году для управления проектом ITER была создана организация Fusion for Energy (F4E). С 2013 года исследования УТС координирует EUROfusion — консорциум национальных термоядерных исследовательских институтов, расположенных в ЕС и Швейцарии.
Великобритания после Брекзита автоматически вышла из проекта ITER, а в сентябре 2023 года запустила собственную программу Fusion Futures. В том же году страна стала стратегическим партнером США в области исследований УТС, а на следующий год заключила рамочное соглашение с Канадой.
Демостанция в Евросоюзе, дающая промышленную термоядерную энергию, ожидалась в течение последних 25 лет. Она должна была сооружаться с учетом опыта эксплуатации ITER, поэтому из-за смещения сроков запуска последнего, видимо, тоже будет построена и запущена позже. Кроме того, в Испании строится установка IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility Demo Oriented Neutron Source) — источник нейтронов с энергией 14 МВ для тестирования материалов, которые будут использоваться при строительстве демонстрационной и коммерческих электростанций.
Британская дорожная карта развития термоядерной энергетики предполагает использование для выработки электроэнергии токамака STEP, который должен до 2040 года обеспечить не менее 100 МВт.
Все научные исследования и разработки по теме термоядерной энергии в ЕС финансируются Евросоюзом. Общий бюджет рамочной программы разработок на 2021−2027 годы € 95,5 млрд. Финансируются также программы обучения и исследований. Отдельно Е С выделяет деньги на строительство ITER: на 2021−2027 годы заложено € 5,61 млрд.
Национальные бюджеты европейских стран также предоставляют средства на исследования УТС. Так, Германия в ближайшем будущем предполагает увеличить финансирование в этой сфере, в общей сложности до 2028 года она потратит на термоядерные и смежные исследования более € 1 млрд. Правительство Великобритании в 2021−2025 годах выделило на них сумму, эквивалентную $ 1 млрд. Плюс к этому программа Fusion Futures выделяет и будет выделять до 2027 года около $ 787 млн. Таким образом за 2021−2027 годы программа УТС Великобритании может получить около $ 1,79 млрд.
Сверхпроводящий токамак JT-60SA, Нака, Япония
Япония
Основные достижения Японии в области термоядерного синтеза связаны с токамаком JT‑60 (Japan Torus‑60), на котором были установлены рекорды по температуре ионов в плазме. С 2013 года в стране строился новый сверхпроводящий токамак JT‑60SA (Super Advanced), и в 2023 году на нем была получена первая плазма. Сегодня это крупнейший сверхпроводящий токамак в мире. Его построили и совместно эксплуатируют Япония и Евросоюз; кроме того, небольшие проекты термоядерных установок реализуются в местных университетах.
Для Японии, чей уровень самообеспечения энергией составляет всего 13 %, термоядерная энергия сразу решит как энергетические, так и экологические проблемы. Национальная программа Японии тесно связана с этапами сооружения ITER. В 2023 году в стране утвердили собственную стратегию в области термоядерной энергии, нацеленную на создание промышленности в этой области. Япония также планирует наладить сотрудничество между промышленностью и научными кругами. Центральную роль в их объединении будет играть Национальный институт квантовых и радиологических наук и технологий. Особое внимание государство планирует уделить местным университетам, где должно быть налажено образование в области термоядерной энергетики.
Государственное финансирование программы УТС в Японии осуществляется через министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий. В последние годы важным драйвером развития термоядерных исследований стало использование их достижений в различных сферах производства. В 2021 году государство выделило на УТС (включая участие в ITER) $ 285,6 млн.
Основные достижения Японии в области термоядерного синтеза связаны с токамаком JT‑60 (Japan Torus‑60), на котором были установлены рекорды по температуре ионов в плазме. С 2013 года в стране строился новый сверхпроводящий токамак JT‑60SA (Super Advanced), и в 2023 году на нем была получена первая плазма. Сегодня это крупнейший сверхпроводящий токамак в мире. Его построили и совместно эксплуатируют Япония и Евросоюз; кроме того, небольшие проекты термоядерных установок реализуются в местных университетах.
Для Японии, чей уровень самообеспечения энергией составляет всего 13 %, термоядерная энергия сразу решит как энергетические, так и экологические проблемы. Национальная программа Японии тесно связана с этапами сооружения ITER. В 2023 году в стране утвердили собственную стратегию в области термоядерной энергии, нацеленную на создание промышленности в этой области. Япония также планирует наладить сотрудничество между промышленностью и научными кругами. Центральную роль в их объединении будет играть Национальный институт квантовых и радиологических наук и технологий. Особое внимание государство планирует уделить местным университетам, где должно быть налажено образование в области термоядерной энергетики.
Государственное финансирование программы УТС в Японии осуществляется через министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий. В последние годы важным драйвером развития термоядерных исследований стало использование их достижений в различных сферах производства. В 2021 году государство выделило на УТС (включая участие в ITER) $ 285,6 млн.
KSTAR, Институт термоядерной энергии Южной Кореи в Тэджонe
Южная Корея
Несмотря на первоначальное отсутствие научной и технологической базы для УТС, Южная Корея за последние 20 лет сделала большой рывок в этой области. С помощью российских специалистов в 2008 году в стране построили сверхпроводящий токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), на котором были получены рекордные результаты по времени удержания высокотемпературной плазмы. Так, рекорд конца 2024 года составил 48 секунд при температуре ионов 116 млн К.
Как и для Японии, для Кореи освоение и коммерциализация УТС — важный аспект обеспечения национальной стабильности. Сегодня в республике действует четвертый Генеральный план развития термоядерной энергетики на 2022−2026 годы. Он предполагает совершенствование ключевых технологий УТС с конечной целью запустить демостанцию в 2050‑х годах. Решение о начале ее строительства будет принято после запуска ITER.
За финансирование действующего токамака KSTAR отвечает министерство науки и информационных технологий. На строительство этого реактора с 1995 по 2007 год было потрачено около $ 328,7 млн. Общее финансирование корейской программы УТС до 2020 года составляло $ 250 млн в год (включая расходы на ITER).
Несмотря на первоначальное отсутствие научной и технологической базы для УТС, Южная Корея за последние 20 лет сделала большой рывок в этой области. С помощью российских специалистов в 2008 году в стране построили сверхпроводящий токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), на котором были получены рекордные результаты по времени удержания высокотемпературной плазмы. Так, рекорд конца 2024 года составил 48 секунд при температуре ионов 116 млн К.
Как и для Японии, для Кореи освоение и коммерциализация УТС — важный аспект обеспечения национальной стабильности. Сегодня в республике действует четвертый Генеральный план развития термоядерной энергетики на 2022−2026 годы. Он предполагает совершенствование ключевых технологий УТС с конечной целью запустить демостанцию в 2050‑х годах. Решение о начале ее строительства будет принято после запуска ITER.
За финансирование действующего токамака KSTAR отвечает министерство науки и информационных технологий. На строительство этого реактора с 1995 по 2007 год было потрачено около $ 328,7 млн. Общее финансирование корейской программы УТС до 2020 года составляло $ 250 млн в год (включая расходы на ITER).
Токамак Т-15МД, Курчатовский институт
Россия
Несмотря на то что токамак изобрели в СССР и в течение советского периода страна была лидером в области УТС, в 1990‑х годах развитие в этой сфере почти прекратилось. Какие-то эксперименты проводились на двух токамаках, построенных еще в 1970‑х годах (Т‑10 и Т‑11М). Единственный новый токамак, созданный в Российской Федерации в тот период, — сферический «Глобус-М», введенный в эксплуатацию в 1999 году. Было также начато сооружение среднеразмерного токамака Т‑15МД.
С 2021 по 2024 год исследования в области УТС в нашей стране велись в рамках Федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий». Сегодня Федеральный проект «Технологии термоядерной энергетики» входит в Национальный проект технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии».
Согласно этому проекту, токамак Т‑15МД должен быть выведен на рабочие режимы, полностью оборудован системами диагностики и дополнительного нагрева плазмы мощностью до 25 МВт. Итогом проекта станет сооружение к 2036 году установки мирового уровня — токамака реакторных технологий ТРТ, объединившей новейшие, в том числе оригинальные, термоядерные технологии с технологическими разработками международного проекта ITER. Концепция этой установки уже создана, в 2024 году был завершен ее эскизный проект. Ключевая особенность ТРТ — уникальная система, обеспечивающая высокое магнитное поле. Техническая документация для токамака должна быть разработана в 2026 году, сборка ключевых элементов — завершена к 2030 году. К 2045 году Россия собирается отработать технологии и к 2050 году выйти на проект создания собственной демостанции. Кроме того, ТРТ станет прообразом термоядерного источника нейтронов для гибридного реактора, сочетающего термоядерные и ядерные реакции.
На финансирование Федерального проекта по УТС в 2021−2024 годах государство выделило 43 млрд руб., включая затраты на инфраструктуру.
Несмотря на то что токамак изобрели в СССР и в течение советского периода страна была лидером в области УТС, в 1990‑х годах развитие в этой сфере почти прекратилось. Какие-то эксперименты проводились на двух токамаках, построенных еще в 1970‑х годах (Т‑10 и Т‑11М). Единственный новый токамак, созданный в Российской Федерации в тот период, — сферический «Глобус-М», введенный в эксплуатацию в 1999 году. Было также начато сооружение среднеразмерного токамака Т‑15МД.
С 2021 по 2024 год исследования в области УТС в нашей стране велись в рамках Федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий». Сегодня Федеральный проект «Технологии термоядерной энергетики» входит в Национальный проект технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии».
Согласно этому проекту, токамак Т‑15МД должен быть выведен на рабочие режимы, полностью оборудован системами диагностики и дополнительного нагрева плазмы мощностью до 25 МВт. Итогом проекта станет сооружение к 2036 году установки мирового уровня — токамака реакторных технологий ТРТ, объединившей новейшие, в том числе оригинальные, термоядерные технологии с технологическими разработками международного проекта ITER. Концепция этой установки уже создана, в 2024 году был завершен ее эскизный проект. Ключевая особенность ТРТ — уникальная система, обеспечивающая высокое магнитное поле. Техническая документация для токамака должна быть разработана в 2026 году, сборка ключевых элементов — завершена к 2030 году. К 2045 году Россия собирается отработать технологии и к 2050 году выйти на проект создания собственной демостанции. Кроме того, ТРТ станет прообразом термоядерного источника нейтронов для гибридного реактора, сочетающего термоядерные и ядерные реакции.
На финансирование Федерального проекта по УТС в 2021−2024 годах государство выделило 43 млрд руб., включая затраты на инфраструктуру.
Некоторые выводы
Во всех странах работы над УТС с магнитным удержанием плазмы финансируются в основном за счет государственных программ. Вместе с тем в мире отмечен взрывной рост частных инвестиций в эту сферу: в 2023 году они, по данным Fusion Industry Association, достигли $ 6,2 млрд (за год частное инвестирование выросло на $ 1,4 млрд). Самое заметное увеличение — $ 100 млн — показали компании TAE Technologies (США) и ENN (КНР). Всего в мире сегодня восемь частных компаний с объемом инвестиций в термоядерную энергетику более $ 200 млн. Как правило, частных инвесторов интересуют не столько вывод на рынок готовых продуктов, сколько наукоемкие технологии, которые будут востребованы в будущем. Это еще раз доказывает: УТС сегодня — важный технологический драйвер.
Сейчас, по данным отчета ЦАИРа, в области термоядерной энергетики лидируют Китай и США: они вплотную приблизились к созданию собственных прототипов термоядерных энергетических реакторов. Однако токамаки, работающие в ЕС, Великобритании, Японии и Южной Корее, позволяют и этим странам рассчитывать на овладение промышленными технологиями УТС. России для возвращения лидерства, как считают эксперты ЦАИРа, необходимо действовать срочно и решительно: увеличить государственное финансирование, создать токамак мирового уровня и подготовить профессиональные кадры в области термоядерной энергетики.
Во всех странах работы над УТС с магнитным удержанием плазмы финансируются в основном за счет государственных программ. Вместе с тем в мире отмечен взрывной рост частных инвестиций в эту сферу: в 2023 году они, по данным Fusion Industry Association, достигли $ 6,2 млрд (за год частное инвестирование выросло на $ 1,4 млрд). Самое заметное увеличение — $ 100 млн — показали компании TAE Technologies (США) и ENN (КНР). Всего в мире сегодня восемь частных компаний с объемом инвестиций в термоядерную энергетику более $ 200 млн. Как правило, частных инвесторов интересуют не столько вывод на рынок готовых продуктов, сколько наукоемкие технологии, которые будут востребованы в будущем. Это еще раз доказывает: УТС сегодня — важный технологический драйвер.
Сейчас, по данным отчета ЦАИРа, в области термоядерной энергетики лидируют Китай и США: они вплотную приблизились к созданию собственных прототипов термоядерных энергетических реакторов. Однако токамаки, работающие в ЕС, Великобритании, Японии и Южной Корее, позволяют и этим странам рассчитывать на овладение промышленными технологиями УТС. России для возвращения лидерства, как считают эксперты ЦАИРа, необходимо действовать срочно и решительно: увеличить государственное финансирование, создать токамак мирового уровня и подготовить профессиональные кадры в области термоядерной энергетики.
Взгляд МАГАТЭ: от экспериментов к промышленности
То, что раньше рассматривалось как долгосрочная научная перспектива, в 2025 году стало частью национальных стратегий и промышленных проектов, говорится в новом докладе МАГАТЭ о развитии термоядерной энергетики. Страны утверждают дорожные карты, компании выбирают площадки для первых станций, регуляторы создают нормативные документы, частные инвесторы наращивают вложения.
«Термоядерный синтез — это больше, чем просто новый источник энергии. Это катализатор научных инноваций, трансформации целых отраслей и развития международного сотрудничества», — отмечает в предисловии к докладу «Термоядерный синтез в мире: обзор МАГАТЭ 2025 года» глава организации Рафаэль Гросси.
По данным агентства, программы освоения термоядерной энергии действуют почти в 40 странах; на разных стадиях разработки, строительства и эксплуатации находятся более 160 установок. Это свидетельствует о формировании глобальной экосистемы, где пересекаются интересы науки, промышленности и энергетической политики.
Одним из главных трендов в сфере управляемого термоядерного синтеза (УТС) за последний год стала международная кооперация. В 2024 году МАГАТЭ учредило Всемирную группу по термоядерной энергии, объединившую правительства, частные компании, научные организации и университеты. Ее задача — выработка общих подходов к безопасности, финансированию и коммерциализации термоядерных технологий. На этой площадке обсуждаются глобальные стандарты проектирования и механизмы регулирования отрасли — важный шаг к гармонизации нормативной базы.
По данным агентства, программы освоения термоядерной энергии действуют почти в 40 странах; на разных стадиях разработки, строительства и эксплуатации находятся более 160 установок. Это свидетельствует о формировании глобальной экосистемы, где пересекаются интересы науки, промышленности и энергетической политики.
Одним из главных трендов в сфере управляемого термоядерного синтеза (УТС) за последний год стала международная кооперация. В 2024 году МАГАТЭ учредило Всемирную группу по термоядерной энергии, объединившую правительства, частные компании, научные организации и университеты. Ее задача — выработка общих подходов к безопасности, финансированию и коммерциализации термоядерных технологий. На этой площадке обсуждаются глобальные стандарты проектирования и механизмы регулирования отрасли — важный шаг к гармонизации нормативной базы.
Программы освоения термоядерной энергии действуют почти в 40 странах; на разных стадиях разработки, строительства и эксплуатации находятся более 160 установок.
Среди успешно реализуемых термоядерных проектов авторы доклада называют ITER, японско-европейскую установку JT‑60SA, китайские EAST, CRAFT и BEST, американские SPARC и NIF, немецкий стелларатор W7-X.
Ряд действующих установок в разных странах продемонстрировали как фундаментальные, так и прикладные достижения, включая рекорды по температуре и удержанию плазмы.
Так, на китайском токамаке HL‑3 были достигнуты температуры ионов и электронов 120 и 160 млн °C, соответственно, и значение тока плазмы 1,5 МА. Токамак EAST со сверхпроводящей магнитной системой недавно превзошел собственный рекорд по продолжительности режима улучшенного удержания плазмы 70 млн °C в течение 1066 секунд. Французская установка WEST обеспечила удержание плазмы на протяжении 824 секунд, а немецкий стелларатор W7-X достиг рекордного энергообмена в 1,8 ГДж при длительности импульса 360 секунд. Американская установка по термоядерному зажиганию NIF в апреле 2025 года получила 8,6 МДж термоядерной энергии при затраченных 2,08 МДж лазерной, обеспечив таким образом коэффициент усиления более 4, что стало серьезным шагом к промышленному синтезу.
По данным доклада, частные инвестиции в УТС растут экспоненциально: если к 2021 году они составляли $ 2 млрд, то к 2025 выросли до более $ 10 млрд. Количество компаний, работающих в области термоядерных технологий, за этот период увеличилось с 23 до 53. Крупнейшие инвестиционные волны приходятся на США, Китай, Великобританию, Канаду и Германию. Среди инвесторов и компаний-разработчиков появились те, для которых сфера термоядерной энергетики ранее была непрофильной, например, Chevron, Google и Microsoft.
Исследование Массачусетского технологического института, включенное в доклад, моделирует роль термоядерного синтеза в углеродно нейтральной энергетике будущего. Согласно прогнозам, термоядерная энергия станет коммерчески доступной к 2035 году. Капитальные затраты на нее прогнозируются в размере $ 11 тыс. за 1 кВт установленной мощности. К 2010 году в базовом сценарии эти затраты должны снизиться до $ 4,3 тыс. за 1 кВТ.
Исследователи считают, что термоядерная энергия, используемая совместно с возобновляемыми источниками, может удовлетворить растущий глобальный спрос на электроэнергию, так как она обладает рядом преимуществ: высокой плотностью и мощностью, гибкостью размещения и возможностью стабильной выработки электроэнергии, а также отсутствием выбросов парниковых газов.
Ряд действующих установок в разных странах продемонстрировали как фундаментальные, так и прикладные достижения, включая рекорды по температуре и удержанию плазмы.
Так, на китайском токамаке HL‑3 были достигнуты температуры ионов и электронов 120 и 160 млн °C, соответственно, и значение тока плазмы 1,5 МА. Токамак EAST со сверхпроводящей магнитной системой недавно превзошел собственный рекорд по продолжительности режима улучшенного удержания плазмы 70 млн °C в течение 1066 секунд. Французская установка WEST обеспечила удержание плазмы на протяжении 824 секунд, а немецкий стелларатор W7-X достиг рекордного энергообмена в 1,8 ГДж при длительности импульса 360 секунд. Американская установка по термоядерному зажиганию NIF в апреле 2025 года получила 8,6 МДж термоядерной энергии при затраченных 2,08 МДж лазерной, обеспечив таким образом коэффициент усиления более 4, что стало серьезным шагом к промышленному синтезу.
По данным доклада, частные инвестиции в УТС растут экспоненциально: если к 2021 году они составляли $ 2 млрд, то к 2025 выросли до более $ 10 млрд. Количество компаний, работающих в области термоядерных технологий, за этот период увеличилось с 23 до 53. Крупнейшие инвестиционные волны приходятся на США, Китай, Великобританию, Канаду и Германию. Среди инвесторов и компаний-разработчиков появились те, для которых сфера термоядерной энергетики ранее была непрофильной, например, Chevron, Google и Microsoft.
Исследование Массачусетского технологического института, включенное в доклад, моделирует роль термоядерного синтеза в углеродно нейтральной энергетике будущего. Согласно прогнозам, термоядерная энергия станет коммерчески доступной к 2035 году. Капитальные затраты на нее прогнозируются в размере $ 11 тыс. за 1 кВт установленной мощности. К 2010 году в базовом сценарии эти затраты должны снизиться до $ 4,3 тыс. за 1 кВТ.
Исследователи считают, что термоядерная энергия, используемая совместно с возобновляемыми источниками, может удовлетворить растущий глобальный спрос на электроэнергию, так как она обладает рядом преимуществ: высокой плотностью и мощностью, гибкостью размещения и возможностью стабильной выработки электроэнергии, а также отсутствием выбросов парниковых газов.
По данным доклада, частные инвестиции в УТС растут экспоненциально: если к 2021 году они составляли $ 2 млрд, то к 2025-му выросли до более $ 10 млрд. Количество компаний, работающих в области термоядерных технологий, за этот период увеличилось с 23 до 53. Крупнейшие инвестиционные волны приходятся на США, Китай, Великобританию, Канаду и Германию.
Внедрение термоядерной энергетики в промышленность в 2035−2100 годах поможет сэкономить несколько триллионов долларов. По разным сценариям развития, доля термоядерной энергии в мире будет колебаться в от 10 % до 50 % к 2100 году, в зависимости от капитальных затрат на развитие этой сферы.
Таким образом, 2025 год, по мнению авторов доклада, стал поворотным в развитии УТС. Термоядерная энергетика окончательно вышла за пределы лабораторий и превратилась в мощный драйвер развития новых технологий и важный пункт мировой энергетической повестки. Речь идет уже не об экспериментах, а о формировании новой отрасли, способной обеспечить человечество безопасной, надежной и практически неисчерпаемой энергией.
Таким образом, 2025 год, по мнению авторов доклада, стал поворотным в развитии УТС. Термоядерная энергетика окончательно вышла за пределы лабораторий и превратилась в мощный драйвер развития новых технологий и важный пункт мировой энергетической повестки. Речь идет уже не об экспериментах, а о формировании новой отрасли, способной обеспечить человечество безопасной, надежной и практически неисчерпаемой энергией.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ