O echipă de la laboratorul american Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), din cadrul Departamentului Energiei al SUA, afirmă că a identificat o rută potențial mai eficientă pentru atingerea „aprinderii” fuziunii — momentul în care plasma își poate susține singură reacțiile — prin schimbarea ordinii tradiționale a pașilor folosiți în reactoarele experimentale.
În loc să crească mai întâi densitatea și abia apoi să furnizeze cantități foarte mari de căldură, cercetătorii propun încălzirea plasmei înainte de densificare. Rezultatele se bazează pe calcule teoretice și au fost publicate în revista Physical Review Letters.
Luis Delgado-Aparicio, fizician la PPPL, a comparat strategiile curente cu încercarea de a urca direct „un munte” energetic, susținând că noua abordare ar putea ocoli vârful și ar necesita mai puțină energie. „Ajungeți în același loc într-un mod mult mai inteligent și folosiți mult mai puțină energie”, a spus el.
Echipa — Delgado-Aparicio, Masayuki Ono și Jonathan Menard — a dezvoltat o versiune mai cuprinzătoare a criteriului Lawson, regula matematică folosită de peste șapte decenii pentru a estima dacă plasma rămâne suficient de fierbinte și densă suficient timp pentru a susține fuziunea fără încălzire externă. Noua formulare adaugă patru factori care pot schimba semnificativ condițiile necesare: acumularea de „helium ash”, contaminarea cu impurități, radiația sincrotron și pierderile de căldură.
Cercetătorii au folosit indicatorul Q — raportul dintre puterea produsă de reacțiile de fuziune și puterea de încălzire externă livrată plasmei — pentru a compara rutele către aprindere. Un Q de 5, de exemplu, înseamnă că fuziunea produce de cinci ori mai multă putere decât încălzirea externă. Într-o plasmă idealizată cu combustibil pur, echipa arată că un „pas” relativ accesibil spre aprindere, numit „Cordey saddle”, apare în jurul valorii Q=5, dar în sisteme reale poziția acestui prag se poate deplasa.
Ono a spus că includerea efectelor omise frecvent poate schimba concluziile despre fezabilitatea unui proiect. „Când lași aceste efecte pe dinafară, spui că proiectul va funcționa bine. Când le incluzi, imaginea se schimbă”, a declarat el, adăugând că experimentele de fuziune sunt costisitoare și „nu vrei să faci greșeli pe care le-ai fi putut depista dinainte”.
Studiul evidențiază în special impactul tungstenului, un metal ales pentru pereții interiori ai mai mult de o duzină de instalații de fuziune de generație următoare datorită rezistenței la temperaturi extreme. Echipa a calculat că o contaminare cu tungsten de ordinul „unu la 10.000” poate aproxima dublarea presiunii necesare pentru a atinge aprinderea. Extinderea analizei din două dimensiuni la trei dimensiuni a indicat că presiunea necesară ar putea depăși limitele de stabilitate ale plasmei, ceea ce sugerează că impurități aparent minore pot avea consecințe majore pentru proiectarea viitoarelor reactoare.
Cercetătorii au analizat și posibilitatea unei instabilități de tip „thermal runaway”, în care încălzirea din fuziune ar accelera reacțiile într-un ciclu auto-întreținut, dar au constatat că pierderile de energie pot contracara în mod natural acest efect. Ei au menționat drept posibile soluții tehnice acoperirea interiorului reactorului cu litiu lichid, pentru a reduce intrarea tungstenului în plasmă și pierderile de căldură, precum și folosirea combustibilului „spin-polarized”, prin alinierea spinilor nucleelor pentru a crește rata reacțiilor.
Echipa subliniază că ruta „încălzește mai întâi” nu a fost demonstrată experimental și că experimentele existente nu au atins temperaturile asociate cu „Cordey saddle”, ceea ce limitează testarea directă a predicțiilor. Menard a spus că sunt necesare studii suplimentare, dar că rezultatele „sugerează o cale clară înainte” pentru cercetări viitoare, inclusiv prin simulări pe calculator, descrise de echipă drept „experimente digitale”.
Cercetătorii au amintit că, spre deosebire de fisiune, un sistem de fuziune are la un moment dat doar „secunde” de combustibil; dacă se pierde controlul, plasma se răcește și reacția se oprește.
Sursa: Science Daily
