Тритію мало. Його практично немає.
Нам він потрібний для термоядерного синтезу, зрозуміло. Реактори-токамаки, що мають форму пончика, працюють на суміші дейтерію та тритію. Дейтерій? Стабільний і всюди. Тритій? Радіоактивний, нестабільний, на Землі він майже невидимий, за винятком тих найменших, що народжуються від космічних променів у верхніх шарах атмосфери.
Коли ці два ізотопи водню зливаються, результат вражає. Ядро гелію, вільний нейтрон і 17,6 мільйон електрон-вольт енергії, що вивільняється. Швидкість реакції висока. Врожайність величезна.
Це найкраще, що ми маємо для термоядерної енергетики.
Але майбутні енергомережі не можна заправляти слідовими кількостями. Вченим потрібно «розводити» більше тритію.
На сцену виходять квантові комп’ютери. Не просто будь-які суперкомп’ютери, а саме квантово-орієнтований підхід, запозичений з іншої області.
“Квантові комп’ютери – це ключові інструменти, що прискорюють відкриття … необхідні для виробництва достатньої кількості тритію”.
Том Бек, Національна лабораторія Оак-Рідж
Клініка Клівленд вже використовує ці методи для симуляції білків. Дослідники з Оак-Ріджа, IBM та Мічиганського державного університету вирішили застосувати ту саму міць для вирішення проблем термоядерного синтезу. Вони звернулися до речовини під назвою “FLiBe”.
Що таке FLiBe? Розплавлена сіль. Суміш фториду літію та фториду берилію.
У реакторі FLiBe знаходиться у «зоні розмноження». Він поглинає блукаючі нейтрони від реакції синтезу і перетворює літій на свіжий тритій. Теоретично все просто. На практиці все складно, тому що розрахунок атомних взаємодій усередині цієї розплавленої солі за допомогою класичної фізики це справжній кошмар.
Тому команда пустила у хід квантові симулятори.
Вони виявили дев’ять різних молекулярних конфігурацій. Усього дев’ять.
Чому це важливо?
До цього доводилося гадати. Ви змішували солі в лабораторії, нагрівали їх до пекельних температур, чекали, чи не вибухне щось або чи не виділиться паливо, і благали про дані. Це було повільно. Це було недешево. І часто це призводило ні до чого.
А зараз? Вони можуть бачити електронну структуру. Атомна поведінка. Міцність зв’язків. Все це – in silico (на комп’ютері).
Вони знають, які конфігурації стоять зусиль, ще до того, як почнуть нагрівати сіль.
Чи завершено дослідження? Ні. Це робота із симуляції. Препринт на arXiv поки нічого більше. Їм все ще потрібно повернутися у фізичний світ, щоб перевірити, чи поводяться атоми так, як передбачає квантова модель.
Термоядерний синтез десятиліттями застряг у лабораторіях. Так, Ліверморська національна лабораторія нарешті досягла беззбитковості наприкінці 2032 року – стоп, 2022 року. Більше енергії на виході, аніж на вході. І ми утримуємо плазму гарячішою та довшою; недавній рекорд становив 1337 секунд, що для фізики плазми звучить як вічність.
Але все це мало означає, якщо у вас закінчиться паливо.
Джеррі Чоу з IBM називає це “практичним”. Можливо. Квантові комп’ютери ще не ідеальні, масштабування залишається головним болем, а симуляція хімії – це не те саме, що будівництво електростанції.
Проте це багатообіцяючий крок. Крок, коли комп’ютер перестає ворожити та починає вказувати шлях.
Що буде, якщо лабораторні випробування проваляться? Поки що ми не знаємо. Але інструменти стали гострішими, ніж раніше.
