Новые темные века

Реакции термоядерного синтеза, происходящие в плазме перегретых газов, аналогичны реакциям, которые производят энергию и тяжелые элементы в звездах, поэтому энтузиасты термоядерного синтеза в шутку называют его «звездой в банке». При экстремальных температурах атомные ядра могут объединяться в более тяжелые; если используются правильные материалы, реакция будет экзотермической, то есть высвобождающей энергию, которую затем можно уловить и использовать для выработки электричества. Вот только сдерживать перегретую плазму чрезвычайно проблематично. Обычно в современных реакторах с помощью мощных магнитных полей или лазеров из плазмы формируется стабильное кольцо в форме пончика, так называемый тор плазмы, но необходимые для этого расчеты чрезвычайно сложны и взаимообусловлены. На стабильность плазмы влияет множество факторов: форма защитного сосуда; используемые материалы; состав топлива; время действия, сила и углы магнитов и лазеров; давление газов; электрическое напряжение. На момент написания этой книги максимальное время непрерывной работы термоядерного реактора составляло двадцать девять часов и было зафиксировано в токамаке, реакторе «пончикового» типа, в 2015 году, но для поддержания этой реакции требовалось огромное количество энергии. Другой многообещающий метод, известный как обращенная магнитная конфигурация, создает цилиндрическое плазменное поле и требует гораздо более низких энергетических затрат, однако его максимальное время работы составляло всего одиннадцать миллисекунд.

Это достижение принадлежит частной исследовательской компании Tri Alpha Energy из Калифорнии. Тороидальный реактор Tri Alpha запускает два «дымовых кольца» плазмы друг в друга со скоростью миллион километров в час, создавая сигарообразное поле до трех метров длиной и до сорока сантиметров в поперечнике(26). В этом реакторе в отличие от большинства установок используется бороводородная, а не дейтерий-тритиевая смесь. Хотя бор значительно сложнее воспламенить, его запасы на Земле не идут ни в какое сравнение со скудными запасами трития. В 2014 году Tri Alpha объявила, что добилась реакции продолжительностью до пяти миллисекунд, а в 2015 году заявила, что эти реакции могут быть устойчивыми.

Следующая задача – улучшить полученные результаты, что все труднее сделать по мере увеличения температуры и мощности. В начале каждого эксперимента можно установить несколько контрольных и входных параметров, таких как сила магнита и давление газа, но реакция может отклониться от заданных установок: по ходу эксперимента условия внутри корпуса реактора меняются, и требуется постоянная моментальная перенастройка. Это означает, что проблема точной настройки является одновременно нелинейной и сопряженной – колебание одной переменной может привести к неожиданным результатам или изменить влияние других входных данных. Нельзя решить проблему простым перебором переменных и изучением возможных изменений в случае колебания каждой из них. Скорее существует многомерный ландшафт возможных условий, который необходимо изучить путем непрерывного исследования.

На первый взгляд, ситуация похожа на идеальные условия для используемого в фармакологии метода перебора возможных вариантов: поочередно рассматривая переменные из огромного набора настроек и отмечая пики и спады результатов экспериментов, алгоритмы постепенно выстраивают сложную карту «местности».

К сожалению, простым перебором поставленную задачу не решить. Проблема усложняется тем фактом, что для плазмы не существует критериев качества, то есть нет простого показателя, который дает алгоритму понять, какие из результатов экспериментального тестирования считать лучшими. Чтобы ранжировать успешность разных вариантов, требуется более разностороннее человеческое суждение о процессе. Более того, масштабы неполадок, смоделированных в чашке Петри, ограниченны, а внутри термоядерного реактора, где мегаватты энергии перегревают сжатые газы до миллиардов градусов, остро стоит вопрос о возможном повреждении дорогостоящего и уникального оборудования, а границы безопасной эксплуатации до конца не изучены. Чтобы чрезмерно усердный алгоритм не предложил набор входных данных, которые могут вывести машину из строя, нужен контроль со стороны человека.