Германия создаёт три центра термоядерного синтеза, HZDR участвует в развитии ключевых технологий для термоядерных электростанций

Федеральное министерство исследований, технологий и космоса Германии (BMFTR) недавно в соответствии с Высокотехнологичной повесткой Германии (HTAD) учредило три центра термоядерного синтеза, направленных на объединение усилий научно-исследовательских организаций и промышленности для продвижения разработки технологий, связанных с будущими термоядерными электростанциями. Федеральное правительство Германии предоставит 125 миллионов евро начального финансирования, которое будет охватывать лазерный термоядерный синтез, магнитное удержание плазмы, а также такие междисциплинарные области, как топливный цикл и разработка материалов.

Центр Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) будет участвовать в создании соответствующих центров на основе своей исследовательской инфраструктуры, внося ключевой вклад в области мощных лазеров, материаловедения, моделирования и анализа данных. Сеть компетенций SAXFUSION, совместно координируемая HZDR и Фраунгоферовским институтом материалов и лучевых технологий (Fraunhofer IWS), также возьмёт на себя задачи по обмену и передаче знаний.

При создании центра лазерного термоядерного синтеза VEGA HZDR будет проводить исследования с использованием двух мощных лазерных установок DRACO и PENELOPE. Эти установки могут использоваться для экспериментов по взаимодействию интенсивных лазерных импульсов с веществом и для создания экстремальных состояний вещества, связанных с инерциальным термоядерным синтезом. Экспериментальная станция высокой плотности энергии HED-HIBEF, создаваемая HZDR совместно с Европейским рентгеновским лазером на свободных электронах (European XFEL), также обеспечит поддержку соответствующих исследований. Эта станция сочетает мощные оптические лазеры с высокояркостными рентгеновскими импульсами European XFEL, что позволяет исследователям наблюдать поведение материалов и физические процессы в условиях экстремальных давлений и температур с высоким временны́м и пространственным разрешением.

Недавно созданный Институт физики высокой плотности энергии (HEDI), а также исследовательская программа по высокой плотности энергии, реализуемая HZDR совместно с Ростокским университетом (University of Rostock), будут дополнительно объединять экспериментальные платформы, теоретические исследования и подготовку молодых учёных.

Моделирование, анализ данных и цифровые модели являются базовыми компетенциями, общими для всех трёх центров термоядерного синтеза. Соответствующие технологии помогают понять физические процессы, которые могут наблюдаться экспериментально лишь в течение очень коротких промежутков времени или в локальных условиях. HZDR будет сочетать экспериментальные исследования с численным моделированием для комплексного анализа различных физических процессов и их эволюции в разных масштабах. Высокопроизводительные вычисления, методы с использованием искусственного интеллекта и модели, управляемые данными, также будут применяться в соответствующих исследованиях. Центр перспективных системных исследований Гёрлица (CASUS), входящий в структуру HZDR, имеет опыт в анализе сложных систем и крупномасштабных наборов данных и может обеспечить поддержку в оценке концепций термоядерного синтеза, проверке ключевых технологий и создании цифровых двойников будущих термоядерных установок.

В центре MAT-TRIx, координируемом Карлсруэским технологическим институтом (KIT), HZDR будет участвовать в качестве партнёра по сотрудничеству в разработке и характеризации материалов, связанных с термоядерным синтезом. Используя ионно-лучевой центр и радиохимическую лабораторию HZDR, исследователи смогут изучать реакцию материалов на высокие радиационные поля и экстремальные условия эксплуатации будущих термоядерных установок, а также исследовать целенаправленные пути улучшения материалов. Сотрудничество между KIT и HZDR также укрепит связь между направлениями энергетических исследований и исследований материалов в Объединении Гельмгольца.

Сеть компетенций SAXFUSION соединит три центра и других участников экосистемы термоядерного синтеза. Партнёры сети участвуют в работе всех трёх центров, а также включают в сферу обмена научно-исследовательские организации, промышленность, стартапы, разработчиков политики и соответствующие слои общества за пределами системы центров. Сеть будет способствовать передаче знаний и технологий, демонстрировать профессиональные компетенции и возможности для сотрудничества, а также помогать предприятиям, особенно малым и средним, выходить на формирующийся рынок термоядерного синтеза. Посредством диалога, обучения и программ развития SAXFUSION также будет поддерживать информационный обмен о возможностях и вызовах термоядерной энергетики.

Научный директор HZDR Себастьян М. Шмидт (Sebastian M. Schmidt) отметил, что термоядерная энергия не реализуется на основе какой-либо одной технологии, а требует согласованного продвижения высокоуровневой исследовательской инфраструктуры, экспериментальных возможностей, моделирования, новых материалов и промышленного опыта. Он считает, что новые центры термоядерного синтеза позволят более целенаправленно интегрировать эти ресурсы, и HZDR, опираясь на свою исследовательскую базу и профессиональные компетенции, внесёт вклад в разработку технологий для долгосрочного энергоснабжения Германии и Европы.