Загадкові ядерні реактори Китаю: що це таке і як працюють лазерні термоядерні установки

Наприкінці січня 2025 року агенція Reuters повідомила про те, що Китай, ймовірно, будує великий дослідницький центр термоядерного синтезу із лазерним запалюванням. Як повідомили експерти двох аналітичних організацій, будівля розташована в місті Мяньян на південному заході країни. Проєкт може бути як розробкою ядерної зброї, так і дослідженнями у сфері енергетики.

Ядерний синтез давно вважається "святим Граалем" енергетики – джерелом безмежної, чистої та безпечної енергії, здатної замінити викопне паливо та ядерну енергетику на основі поділу атомного ядра. Цей процес, що відбувається всередині зірок, дозволяє виділяти величезну кількість енергії, зливаючи легкі атоми водню у важчі.

Наразі вчені та інженери з усього світу ведуть активні дослідження, щоб зробити ядерний синтез комерційно вигідним і стабільним. Найбільші міжнародні проєкти, як-от ITER у Франції та американський NIF, вже досягли значного прогресу, проте ще залишаються численні технічні виклики, що віддаляють людство від епохи "штучного сонця".

Про те, що розробляє у цій сфері Китай, – читайте у матеріалі 24 Каналу.

Що будують у Китаї

Супутникові знімки Planet Labs демонструють конструкцію із чотирма зовнішніми "рукавами", де розмістяться лазерні відсіки, а також центральний експериментальний відсік, який міститиме камеру-мішень з ізотопами водню. Потужні лазери зливатимуть ці ізотопи, генеруючи енергію, пояснив Reuters Декер Евелет, дослідник незалежної американської аналітичної організації CNA Corp.

Будівництво дослідницького центру у Мяньяні / Фото Planet Labs

За його словами, конструкція нагадує Національний комплекс лазерних термоядерних реакцій (NIF) у Північній Каліфорнії, вартістю 3,5 мільярда доларів. У 2022 році цей об'єкт уперше досяг "наукового рівня беззбитковості" – згенерував більше енергії від реакції синтезу, ніж було вкладено через лазери.

Евелет, який працює разом з аналітиками Центру нерозповсюдження імені Джеймса Мартіна (CNS), оцінює, що експериментальний відсік у китайському центрі приблизно на 50% більший, ніж у NIF, який нині є найбільшим у світі.

Будь-яка країна з установкою, подібною до NIF, може сприяти розробці нової атомної зброї без проведення ядерних випробувань,
– каже Вільям Альберке, аналітик ядерної політики в Центрі Генрі Л. Стімсона, американської аналітичної організації.

Міністерство науки та технологій Китаю не відповіло на запит агенції про коментар, також відмовився від коментарів й Офіс директора національної розвідки США.

У листопаді 2020 року спецпредставник США з контролю над озброєннями Маршалл Біллінгслі оприлюднив супутникові знімки, які, за його словами, демонструють зростання китайських ядерних об'єктів. Серед них були зображення з Мяньяна із позначеною ділянкою землі під нові дослідницькі або виробничі зони. Саме на цій ділянці, згідно з будівельними документами, які Евелет надав Reuters, зараз зводять Центр досліджень лазерного синтезу (Laser Fusion Major Device Laboratory).

Ядерний авіаносець: над чим ще працює Китай

Китай побудував наземний прототип ядерного реактора для великого надводного військового корабля, що є найчіткішим сигналом про намір Пекіна створити свій перший атомний авіаносець. Про це повідомило у листопаді Associated Press, засновуючись на аналізі супутникових знімків та урядових документів.

Майданчик з ядерним реактором у провінції Сичуань / Фото Planet Labs

ВМС Китаю вже є найбільшими у світі за чисельністю і стрімко модернізуються. Залучення до флоту атомних авіаносців стало б основним етапом у створенні справжнього океанського флоту, здатного діяти далеко від Китаю та кинути серйозний виклик військовій присутності США у світі.

Дослідники з Інституту міжнародних досліджень Міддлбері в Каліфорнії виявили ці розробки, аналізуючи супутникові знімки з гірської місцевості поблизу міста Лешань у китайській провінції Сичуань.

• Спершу вони припускали, що там можуть збагачувати плутоній або тритій для ядерної зброї, але згодом дійшли висновку, що мовиться про створення прототипу реактора для великого військового корабля.
• Дослідники, аналізуючи супутникові знімки, тендери на закупівлі, персональні досьє, екологічні дослідження та навіть скарги місцевих жителів на шум і пил, встановили, що реактор для військового корабля будується у гірському районі містечка Мучен, приблизно за 112 кілометрів від столиці провінції Ченду.

Чутки про наміри Китаю побудувати атомний авіаносець циркулювали давно, але аналіз Інституту Міддлбері вперше підтвердив, що країна активно працює над ядерною енергетичною установкою для авіаносця.

Зверніть увагу! Раніше лідер Китаю Сі Цзіньпін доручив військовому керівництву створити "флот першого класу" та перетворити країну на провідну морську державу. У Білій книзі з питань оборони за 2019 рік йдеться, що ВМС Народно-визвольної армії (НВАК) змінюють свою стратегію, переходячи від захисту прибережних вод до виконання місій у відкритому морі.

Китайський флот вже є найбільшим у світі, маючи понад 370 кораблів і підводних човнів. Країна також лідирує в суднобудуванні: китайські верфі щороку випускають сотні суден, тоді як у США будується не більше п’яти. Проте китайські ВМС все ще поступаються американському флоту, зокрема в авіаносцях — у США їх 11, усі з ядерною установкою.

Про що кажуть ядерні дослідження у Китаї

Запалення термоядерного палива дає вченим змогу досліджувати механізми таких реакцій та їхній потенціал для створення чистого джерела енергії на основі найпоширенішого елемента у Всесвіті – водню. Водночас це дозволяє вивчати нюанси детонації, які інакше вимагали б проведення вибухового випробування.

Як Китай, так і США є підписантами Договору про всеосяжну заборону ядерних випробувань, який забороняє ядерні вибухи в усіх середовищах.

При цьому країнам дозволені так звані підкритичні вибухові випробування, які не викликають ядерної реакції, а також дослідження у сфері лазерного термоядерного синтезу, відомого як інерційний утримуваний синтез (ICF).

За даними Стокгольмського міжнародного інституту досліджень проблем миру (SIPRI), станом на січень 2024 року Китай володіє приблизно 500 ядерними боєголовками, що робить його третьою за величиною ядерною державою після США та Росії.

Для порівняння, у січні 2023 року цей показник становив 410 боєголовок, що свідчить про швидке нарощування ядерного потенціалу країни.

Якими були показники кількості ядерних боєголовок станом на 2022 рік / Інфографіка 24 Каналу

Зігфрід Хекер, старший науковий співробітник Інституту міжнародних досліджень Фрімана-Споглі та колишній директор Лос-Аламоської національної лабораторії – одного з провідних ядерних дослідницьких центрів США, зазначає, що в умовах заборони випробувань підкритичні та лазерні експерименти є ключовими для забезпечення надійності та безпеки американського ядерного арсеналу.

Однак для країн, які не мають великого досвіду випробувань, такі експерименти менш корисні, пояснює вчений. Зокрема, Китай провів 45 ядерних випробувань, тоді як США – 1 054. Хекер наголошує, що Китай не випередить США у розвитку ядерних об'єктів.

Де ще існують лазерні термоядерні установки

Подібні установки для магніто-інерційного синтезу також діють у Франції, Великій Британії та Росії.

Розмір таких об'єктів визначається потужністю, необхідною для досягнення запалення,
– пояснює Омар Харікейн, головний науковець програми інерційного термоядерного синтезу в Ліверморській національній лабораторії, що керує Національним комплексом лазерних термоядерних реакцій (NIF).

Факт існування лазерних центрів досліджень термоядерного синтезу в інших країнах сам по собі не є приводом для занепокоєння, додає Харікейн: "Важко зупинити науковий прогрес і стримувати поширення знань. Науку можна використовувати по-різному, і це складне питання".

Зокрема, в Росії є УФЛ-2М (Установка фізичних лазерів 2M), лазерна установка, розташована у Всеросійському науково-дослідному інституті експериментальної фізики (РФЯЦ-ВНДІЕФ) у Сарові. Її призначення – дослідження процесів, що відбуваються під час термоядерного синтезу, а також для моделювання умов, подібних до тих, що спостерігаються у ядерних вибухах та всередині зірок.

УФЛ-2М є копією американського комплексу National Ignition Facility (NIF) у Ліверморі та французької Laser Mégajoule (LMJ). Вона працює за принципом інерційного утримуваного синтезу (ICF), де високопотужні лазери спрямовуються на мішень із дейтерію та тритію, створюючи екстремальні температури й тиск, необхідні для запуску термоядерної реакції.

Основні характеристики УФЛ-2М такі:

• потужність лазерних імпульсів – понад 2 мегаджоулі;
• багатоканальна система лазерного підсилення;
• можливість проведення експериментів з термоядерним синтезом без необхідності ядерних вибухових випробувань.

Перші етапи введення в експлуатацію комплексу розпочалися у 2020-х роках. Якщо держава-агресор досягне успіху у своїх дослідженнях, це може вплинути на глобальний баланс сил у ядерній сфері.

Серед інших аналонічних установок – National Ignition Facility (NIF) у США та Laser Mégajoule (LMJ) у Франції.

Американський NIF – найбільший у світі лазерний комплекс, розташований у Ліверморській національній лабораторії (США). Він працює за принципом інерційного утримуваного синтезу (ICF), де 192 лазерні промені концентруються на мішені з дейтерієво-тритієвого пального. У 2022 році NIF вперше досяг наукового прориву – реакція виділила більше енергії, ніж отримала від лазерів, що стало важливим кроком до створення термоядерної енергетики.

LMJ (Laser Mégajoule) – французька лазерна установка, розташована біля Бордо, створена для досліджень термоядерного синтезу та підтримки ядерного потенціалу Франції. Вона використовує понад 240 лазерних променів для ініціювання реакції синтезу в мішені. LMJ є європейським аналогом NIF і входить до ключових проєктів ЄС у сфері термоядерних досліджень.

Обидві установки не лише просувають науку про керований термоядерний синтез, але й використовуються для моделювання фізичних процесів, важливих для ядерної безпеки.

Щодо російського комплексу – офіційно заявлено, що УФЛ-2М розробляється для фундаментальних досліджень фізики плазми та термоядерного синтезу. Проте, як і подібні установки в США та Китаї, він може використовуватися для підтримки російського ядерного арсеналу без необхідності проведення реальних випробувань, які неможливо не зафіксувати. Тож наявність УФЛ-2М підсилює російські ядерні сили, що може загрожувати Україні та іншим державам вільного світу.