Водород в 10 раз горячее солнца + суперкомпьютер = вечная энергия для человечества к 2030-м

Американская компания Type One Energy из Ноксвилла объявила о важном шаге к созданию коммерческого термоядерного реактора. С помощью суперкомпьютера Министерства энергетики США специалисты уточнили проект установки на основе стелларатора — сложнейшего устройства для удержания плазмы. Работа велась при участии Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), где инженеры получили доступ к вычислительным ресурсам Summit, одного из самых мощных суперкомпьютеров в мире.

Для расчётов коллективу выделили 250 тысяч узло-часов — объём вычислительной мощности, позволивший провести тысячи детальных симуляций. В центре моделирования находилась задача прогнозирования поведения плазмы внутри реактора. Высокая точность этих расчётов дала возможность выявить наиболее стабильную и перспективную конфигурацию будущей станции. По словам исследователей, столь масштабное использование высокопроизводительных вычислений впервые стало основой проектирования промышленного термоядерного комплекса.

Цель компании — освоить энергию термоядерного синтеза, источника, поддерживающего горение Солнца. В установке используется стелларатор: система из сверхпроводящих электромагнитных катушек создаёт магнитное поле, удерживающее плазму из изотопов водорода — дейтерия и трития. Для запуска реакции необходимо достичь температур около 150 миллионов градусов Цельсия, что примерно в десять раз горячее солнечного ядра.

Принципиальные возможности такого подхода подтверждены экспериментальными установками, например, стелларатором Wendelstein 7-X в Германии, крупнейшим действующим аппаратом этого класса. Однако главная трудность термоядерной энергетики остаётся неизменной — турбулентность плазмы, из-за которой энергия уходит из области реакции и система не выходит на режим самоподдерживающегося синтеза.

Разработчики Type One Energy решили искать решение не за счёт увеличения размеров установки или экстремального усиления магнитных полей, а через оптимизацию формы самого стелларатора. Модели, выполненные на Summit, позволили протестировать множество сложных трёхмерных геометрий и найти вариант, который пассивно снижает энергетические потери. По оценке компании, такая стратегия ускорила переход от концепции к рабочему проекту минимум на год.

Главный научный сотрудник фирмы Уолтер Гуттенфельдер отметил, что накопленные знания о плазме уже позволяют работать без страха столкнуться с непреодолимыми барьерами. И в этом прогрессе ключевую роль сыграли лидерские вычислительные ресурсы ORNL.

План компании предполагает двухэтапное развитие. Сначала будет создан прототип Infinity One для подтверждения эффективности выбранного подхода. Следующий шаг — пилотная электростанция Infinity Two, рассчитанная на выработку 350 мегаватт электроэнергии и подключение к сети. Завершение строительства ожидается к середине 2030-х годов.

Для расчётов команда использовала специализированный код GX, оптимизированный под архитектуру с графическими процессорами, на которых основан Summit. Алгоритм решает сложные уравнения в пяти измерениях, описывающие поведение плазмы в магнитных полях. Теперь, когда первая фаза проектирования завершена, компания намерена перейти к следующему этапу моделирования на суперкомпьютере Frontier — нынешнем флагмане ORNL, который ещё мощнее Summit. Это позволит повысить доверие к расчётам перед началом строительства.