Трития мало. Его практически нет.
Нам он нужен для термоядерного синтеза, разумеется. Реакторы-токамаки, имеющие форму пончика, работают на смеси дейтерия и трития. Дейтерий? Стабилен и повсюду. Тритий? Радиоактивен, нестабилен, на Земле он почти невидим, за исключением тех самых微量, рождающихся от космических лучей в верхних слоях атмосферы.
Когда эти два изотопа водорода сливаются, результат впечатляет. Ядро гелия, свободный нейтрон и 17,6 миллион электрон-вольт высвобождаемой энергии. Скорость реакции высока. Урожайность огромна.
Это лучшее, что у нас есть для термоядерной энергетики.
Но будущие энергосети нельзя заправлять следовыми количествами. Ученым нужно «разводить» больше трития.
На сцену выходят квантовые компьютеры. Не просто любые суперкомпьютеры, а именно квантово-ориентированный подход, заимствованный из совершенно другой области.
«Квантовые компьютеры — это ключевые инструменты, ускоряющие открытия… необходимые для производства достаточного количества трития».
Том Бек, Национальная лаборатория Оак-Ридж
Клиника Кливленда уже использует эти методы для симуляции белков. Исследователи из Оак-Риджа, IBM и Мичиганского государственного университета решили применить ту же мощь для решения проблем термоядерного синтеза. Они обратились к веществу под названием FLiBe.
Что такое FLiBe? Расплавленная соль. Смесь фторида лития и фторида бериллия.
В реакторе FLiBe находится в «зоне размножения». Он поглощает блуждающие нейтроны от реакции синтеза и превращает литий в свежий тритий. В теории все просто. На практике все сложно, потому что расчет атомных взаимодействий внутри этой расплавленной соли с помощью классической физики — это настоящий кошмар.
Поэтому команда пустила в ход квантовые симуляторы.
Они обнаружили девять различных молекулярных конфигураций. Всего девять.
Почему это важно?
До этого приходилось гадать. Вы смешивали соли в лаборатории, нагревали их до адских температур, ждали, не взорвется ли что-нибудь или не выделится ли топливо, и молили о данных. Это было медленно. Это было дорого. И часто это приводило ни к чему.
А сейчас? Они могут увидеть электронную структуру. Атомное поведение. Прочность связей. Все это — in silico (на компьютере).
Они знают, какие конфигурации стоят усилий, еще до того, как начнут нагревать соль.
Завершено ли исследование? Нет. Это работа по симуляции. Препринт на arXiv, пока ничего больше. Им все еще нужно вернуться в физический мир, чтобы проверить, ведут ли атомы себя так, как предсказывает квантовая модель.
Термоядерный синтез десятилетиями застревал в лабораториях. Да, Ливерморская национальная лаборатория наконец достигла безубыточности в конце 2032 года — стоп, 2022 года. Больше энергии на выходе, чем на входе. И мы удерживаем плазму более горячей и более долгой; недавний рекорд составил 1337 секунд, что для физики плазмы звучит как вечность.
Но все это мало значит, если у вас закончится топливо.
Джерри Чоу из IBM называет это «практичным». Возможно. Квантовые компьютеры еще не идеальны, масштабирование остается головной болью, а симуляция химии — это не то же самое, что постройка электростанции.
Тем не менее, это многообещающий шаг. Шаг, когда компьютер перестает гадать и начинает указывать путь.
Что будет, если лабораторные тесты провалятся? Пока мы не знаем. Но инструменты стали острее, чем раньше.
