Искусственный интеллект и сверхпроводники ускорили развитие термоядерных реакторов

В октябре 2025 года японский стартап Helical Fusion объявил об успешном завершении критического теста высокотемпературной сверхпроводящей катушки (ВТСП-катушка)¹, воспроизводящей магнитные поля, характерные для действующих термоядерных реакторов². Этот и ряд других прорывов за последний год демонстрируют, что сверхпроводники и искусственный интеллект играют ключевую роль в развитии энергетической сферы.

Сверхпроводники: от лабораторий — к реалиям термоядерной энергетики

Для термоядерных реакторов крайне важны мощные и стабильные магнитные поля, способные удерживать раскаленную плазму с температурой 100 миллионов градусов вдали от стенок сосуда. В июне 2025 года компанией Tokamak Energy вместе с индустриальным партнером Furukawa Electric Group было анонсировано начало производства магнитов на основе высокотемпературных сверхпроводников. Их преимущество перед традиционными сверхпроводниками — работа при более высоких температурах и меньших требованиях к сложным системам охлаждения. Это снижает сложность, стоимость и потенциально делает магнитные системы более надежными для массового производства.

Кроме того, международный проект ITER в 2025 году завершил производство всех модулей своей центральной соленоидной системы.³ Это дает инфраструктурную базу для будущих реакторов.

«Уникальность ITER определяется не только его технической сложностью, но и той системой международного сотрудничества, которая поддерживает проект, несмотря на меняющиеся политические условия. Это достижение доказывает, что когда человечество сталкивается с экзистенциальными вызовами, такими как климатические изменения и энергетическая безопасность, мы способны преодолеть национальные различия ради продвижения решений», — подчеркнул Пьетро Барабаски, генеральный директор ITER.

Искусственный интеллект: управление плазмой и устойчивость реакторов

Стабильность плазмы⁴ — одно из главных препятствий на пути к устойчивому термоядерному синтезу⁵. В 2025 году учёные активнее стали применять инструменты ИИ для управления плазмой и прогнозирования ее поведения, что может значительно повысить эффективность и надёжность реакторов. Исследователи из MIT Plasma Science and Fusion Center 18 февраля 2025 года заявили о том, что с помощью ИИ-усиленных симуляций удалось предсказать, что реакторы вроде ITER, возможно, смогут генерировать энергию с меньшими затратами электричества на запуск — то есть сделать плазму эффективнее.

Исследователи, работающие над управлением плазмой магнитными полями через глубокое обучение⁶ в экспериментах на токамаке DIII-D tokamak⁷ показали, что алгоритмы глубокого обучения могут контролировать форму и положение плазмы, обеспечивая устойчивость даже при ее переходах.

Группа из Китайской академии наук 23 июня 2025 года представила две системы ИИ, которые помогают прогнозировать и предотвращать внезапные нестабильности плазмы, крайне опасные для реактора. Это важный шаг к обеспечению безопасности и долговечности будущих установок. ИИ становится ключевым элементом управления термоядерными системами, позволяя справляться с природной турбулентностью плазмы⁸ и сокращать энергозатраты.

Синергия двух технологий: почему вместе — сильнее

Технологии сверхпроводников и ИИ дополняют друг друга: сверхпроводники дают мощные, компактные и управляемые магнитные поля, необходимые для удержания плазмы. ИИ берёт на себя управление динамикой плазмы, реагирование на непредсказуемые возмущения, оптимизацию режимов — то, что трудно реализовать стандартными вычислительными методами из-за нестабильности процессов.

В статье Nuclear Newswire говорится, что ИИ-подходы позволяют быстрее искать безопасные зоны внутри камеры, где плазма менее агрессивна по отношению к стенкам. Это снижает риск повреждений и увеличивает срок службы. Также благодаря HTS-магнитам становится технически возможным создание компактных энергоэффективных токамаков⁹, что снижает барьер входа: строительство, охлаждение и обслуживание проще и дешевле. Это, в сочетании с ИИ-системами управления, делает концепцию коммерческих термоядерных электростанций более реалистичной.

1. Высокотемпературная сверхпроводящая катушка (ВТСП-катушка) — это катушка, в которой используется свойство высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) — материалов, которые при охлаждении ниже критической температуры полностью утрачивают электрическое сопротивление. Исторически граничной величиной является температура 30 К, но ряд авторов под ВТСП подразумевает сверхпроводники с критической температурой выше точки кипения азота (77 К или −196 °C).
2. Термоядерный реактор — это устройство для получения энергии за счёт реакций синтеза лёгких атомных ядер, протекающих при высоких температурах (например, свыше 100 миллионов градусов). Для реализации термоядерного синтеза необходимо построить специальный реактор, где реакция будет проходить под контролем.
3. Соленоидная система (соленоидный клапан) — это электромеханическое устройство, которое автоматически открывает или закрывает проходное отверстие трубопровода под воздействием электромагнитного поля.
4. Плазма в термоядерном реакторе — это раскалённый газ заряженных частиц: ионов и электронов.
5. Термоядерный синтез — это процесс, в ходе которого два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжёлое ядро с высвобождением огромного количества энергии.
6. Глубокое обучение (Deep Learning, DL) — это направление в машинном обучении, основанное на использовании искусственных нейронных сетей с множеством слоёв. Такие сети способны автоматически выделять важные признаки из данных и решать сложные задачи без явного программирования правил.
7. DIII-D (tokamak) — токамак, который используется для исследований в области термоядерной энергии. Устройство работает с конца 1980-х годов в Сан-Диего (Калифорния, США) по заказу Министерства энергетики США.
8. Природная турбулентность плазмы — это хаотическое, детально невоспроизводимое пространственно-временное изменение параметров плазмы, неустойчивой относительно возбуждения сразу многих её степеней свободы (колебаний, волн и вихрей разных типов) до уровня, заметно выше теплового.
9. Энергоэффективные токамаки — это установки для управляемого термоядерного синтеза, которые эффективно используют магнитное удержание плазмы для достижения условий, необходимых для реакции. Это важно, так как плазма (четвёртое состояние вещества, в котором электроны отделены от атомных ядер) не должна касаться стенок камеры, чтобы не потерять энергию.