Денверская компания Xcimer Energy привлекла более $100 млн от инвесторов и Министерства энергетики США на разработку высокоэнергетической лазерной системы для практического применения в термоядерной электростанции. Стартап ставит перед собой амбициозную задачу: создать новую лазерную установку на основе фторида криптона, которая в 10 раз превзойдет по мощности и в 10 раз по эффективности систему NIF (Национального комплекса зажигания), с помощью которой в 2022 году удалось впервые получить больше термоядерной энергии, чем потребовалось на ее запуск. Новая лазерная система сможет генерировать свыше 10 мегаджоулей энергии. Импульс будет направляться на более крупные гранулы дейтерия-трития, которые проще в эксплуатации и выделяют больше энергии.
В течение более 75 лет ученые и инженеры стремятся воплотить мечту об использовании термоядерного синтеза в качестве источника энергии. Несмотря на достигнутые успехи, цель по-прежнему остается труднодостижимой. Основным претендентом на получение энергии термоядерного синтеза является токамак. Такая установка использует магнитное поле, чтобы сжимать и нагревать водородную плазму до огромного давления и температуры, во много раз превышающих показатели в ядре Солнца. Достичь самого термоядерного синтеза не так сложно — это происходит даже в водородной бомбе или лабораторной установке. Сложность заключается в том, чтобы добиться управляемости, при котором выход энергии превышает затраты на ее получение.
Впервые достичь такого удалось Национальному комплексу зажигания (NIF) Ливерморской национальной лаборатории США (LLNL) 5 декабря 2022 года. Тогда использовалась альтернатива токамаку — лазерный инерционный термоядерный синтез. Суть метода заключается в фокусировке мощного комплекса лазеров на маленькой замороженной грануле дейтерия-трития (изотопы водорода). Импульс объединенных лучей вызывает сжатие гранулы и запускает термоядерную реакцию, которая производит больше энергии, чем потребовалось для ее запуска (154 %). На сегодняшний день NIF создает в 2,5 раза больше энергии термоядерного синтеза, чем энергия лазера, использованная для зажигания топлива.
Однако установка LLNL предназначена в первую очередь для фундаментальных исследований. Ее единственное практическое применение — проведение экспериментов по термоядерному синтезу для обеспечения безопасности и надежности американских ядерных боеголовок. Она не разрабатывалась для создания действующей термоядерной электростанции.
Компания Xcimer Energy с 2022 года работает над превращением концепции лазерного синтеза в практический источник энергии. Цель — создать новую лазерную установку на фториде криптона с 10-кратным увеличением мощности лазерной энергии, 10-кратным ростом эффективности и 30-кратным снижением стоимости на джоуль энергии, по сравнению с NIF. Задействовав технологии, изначально разработанные для программы «Стратегической оборонной инициативы США» в 1980-х годах, установка Xcimer будет оснащена лазерной системой, способной генерировать свыше 10 мегаджоулей энергии. Эта энергия будет направлена на более крупные гранулы дейтерия-трития, которые проще в производстве и эксплуатации, а также выделяют больше энергии при термоядерной реакции.
Производство энергии бесполезно, если ее не использовать. Поэтому в камере термоядерного синтеза Xcimer циркулирует расплавленный литий. Он выполняет сразу две важные функции. Во-первых, поглощает нейтроны для защиты стенки камеры от их разрушающего воздействия, что значительно сокращает необходимость в техническом обслуживании. Во-вторых, собирает и переносит энергию термоядерной реакции для дальнейшей выработки электроэнергии.
Лазеры планируется расположить на расстоянии 50 метров от камеры термоядерного синтеза. Их лучи будут фокусироваться через два небольших отверстия для достижения топливной гранулы. Система спроектирована таким образом, чтобы воспламенять лишь небольшое количество топлива. Выделяющейся энергии будет достаточно для поджигания оставшейся части, подобно тому, как спичка поджигает бумагу. Такой подход более эффективен и экономичен.
