США финансируют «ферму» термоядерного топлива, а в сверхпроводящих магнитах уступают первенство Китаю

Министерство энергетики США и правительство штата Теннесси выделили гранты японской компании Kyoto Fusioneering на разработку прототипа установки для воспроизводства термоядерного топлива. Устройство с названием Unity-3 будет создано на базе Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) и станет ключевым элементом решения проблемы дефицита трития — критически важного изотопа для будущих термоядерных электростанций. Параллельно в смежной области — сверхпроводящих магнитах — США уже потеряли технологическое лидерство: американская Брукхейвенская национальная лаборатория (BNL) пытается закупить у китайских коллег более совершенные магнитные системы для коллайдеров.

Unity-3: испытания зоны воспроизводства топлива

Проект Kyoto Fusioneering направлен на тестирование технологии breeding blanket (зона воспроизводства) — оболочки, окружающей зону термоядерной реакции. В её основе лежит использование жидкого лития, который одновременно выполняет две функции: поглощает тепло и нейтроны, порождаемые синтезом. Под воздействием нейтронного потока атомы лития расщепляются на гелий и тритий. Полученный тритий выделяется и направляется обратно в реактор как топливо, а накопленное тепло отводится для выработки электроэнергии.

Unity-3 позволит проверить характеристики не только жидкого лития, но и целого ряда альтернативных материалов для зон воспроизводства. До этого исследователи опирались преимущественно на компьютерное моделирование. Экспериментальные данные с установки планируется передать другим стартапам термоядерного сектора — Realta Fusion, Thea Energy, Type One Energy и Xcimer Energy — для использования при проектировании собственных реакторов.

Роль Kyoto Fusioneering в термоядерной цепочке

Компания Kyoto Fusioneering позиционирует себя как разработчик критически важных подсистем для будущих термоядерных станций. Помимо зон воспроизводства топлива, в её портфолио находятся системы нагрева топлива до состояния плазмы, установки рециркуляции несгоревшего топлива из выхлопных газов и модули сбора тепла для выработки электроэнергии. Гранты от Министерства энергетики США и штата Теннесси подтверждают стратегическую значимость этих технологий для американской программы термоядерного синтеза.

Сверхпроводящие магниты: смена лидера

В смежной высокотехнологичной сфере — производстве сверхпроводящих супермагнитов для ускорителей и термоядерных реакторов — наблюдается смена технологического лидера. Китайский Институт физики высоких энергий (IHEP) разработал и серийно произвёл комбинированные сверхпроводящие магниты для модернизации Пекинского электрон-позитронного коллайдера (BEPCII), которые по характеристикам превосходят американские аналоги на 40%.

Исторически ключевую технологию магнитов для BEPCII разрабатывала именно Брукхейвенская национальная лаборатория (США). Однако последняя модернизация коллайдера (программа BEPCII-U, 2021–2024 гг.) позволила Китаю полностью локализовать производство. Новые магнитные модули системы финальной фокусировки пучка включают сверхпроводящую часть, сжимающую пучок перед столкновением, и антисоленоид, компенсирующий поле соленоида детектора BESIII.

Техническое превосходство китайских магнитов

Номинальный градиент квадрупольного поля новых магнитов достиг 25 Тл/м против 18,7 Тл/м у предыдущей генерации. Катушки изготавливаются методом прямой «серпантинной» намотки, испытания проходят при температурах 4,2–4,5 К (около −269 °C). Оба магнита установлены в конце 2024 года и с мая 2025 года работают в научных экспериментах. Более сильная финальная фокусировка уменьшает поперечный размер встречных пучков в точке взаимодействия, что прямо повышает люминосность коллайдера и вероятность регистрации редких физических процессов.

По информации South China Morning Post, в мае 2025 года представители BNL обратились в IHEP с предложением приобрести аналогичные магнитные системы. Факт заключения сделки не раскрывается, однако сам запрос со стороны лаборатории, когда-то поставщика ключевой технологии, символично иллюстрирует сдвиг в балансе компетенций.

Две стороны одной медали

Оба события — финансирование Unity-3 в США и потеря первенства в сверхпроводящих магнитах — отражают текущее состояние гонки за термоядерную энергетику и связанные с ней передовые технологии. Америка вкладывает средства в закрытие критичного пробела топливного цикла (воспроизводство трития), при этом привлекая международную экспертизу (Kyoto Fusioneering — японская компания). В то же время в фундаментальной сфере сверхпроводящих магнитов, необходимых как для ускорителей, так и для магнитного удержания плазмы в термоядерных реакторах (токомаках, стеллараторах), лидерство перешло к Китаю. Результаты работы Unity-3 и дальнейшая динамика в магнитных технологиях во многом определит, кто и в какие сроки приблизит коммерческий термоядерный синтез к реальности.