Слънцето, намиращо се в центъра на нашата Слънчева система е чудесна илюстрация на ядрения синтез: свръхвисоките температури и налягания се съчетават, за да слеят ядрата на водорода в ядра на хелий, като при това се освобождава огромно количество енергия. Ако успеем да предизвикаме същите реакции на Земята, ядреният синтез има потенциала да предизвика революция в областта на изобилната чиста енергия – но възпроизвеждането на звезда в научна лаборатория е толкова трудно, колкото бихте могли да очаквате.
В тази връзка изследователи от Принстънския университет публикуваха изследване в списанието Physical Review Letters, в което подробно се обяснява как човечеството може да постигне ядрен синтез по-бързо. Изследването очертава нещо, което на практика е пряк път към т.нар. „запалване“ – състояние, при което плазмата може да поддържа необходимите нива на топлина чрез собствените си реакции на синтез.За щастие на тези, които не сме физици, изследователите дават аналогия. Ако „запалването“ е долина зад планинска верига, тогава новата им идея е да заобиколят планините, вместо да се опитват да се изкачат на върховете им.
„Много компании искат да изкачат планината направо и харчат огромно количество енергия, за да стигнат дотам. Вместо това заобиколете върха. Ще стигнете до същото място по много по-разумен начин и ще изразходвате далеч по-малко енергия.“
казва физикът Луис Делгадо-АпарисиоИзследването се основава на разширение на критерия на Лоусън. Разработен през 50-те години на миналия век, той определя рамката и правилата, които реакторът трябва да спазва, за да постигне запалване. В този случай изследователите са добавили към изчисленията още четири фактора, обхващащи отработеното гориво под формата на хелиева пепел, примесите в плазмата от стените на реактора, загубите на радиация, известни като синхротронно излъчване и топлината, изтичаща от плазмата. Тези ефекти върху запалването са изследвани и преди, но не и заедно. Целта беше да се получи по-реалистична и точна представа за това как трябва да бъде конфигуриран реакторът.
„Когато изключите тези ефекти, казвате, че проектът ще работи добре. Когато ги включите, картината се променя и това става доста важно.“
казва Масаюки Оно
Реактор от типа токамак за термоядрен синтез
Изследователите са търсили това, което математиците наричат „седло на Корди“: пътят към запалването (долината отвъд планините), който изисква най-малко енергия. Изчисленията показаха, че най-добрият подход е първо да се нагрее плазмата, а след това да се увеличи плътността ѝ, а не обратното. Други заключения от моделите на проучването включват индикации, че дори много малко количество волфрам може да доведе до провал на ядрения синтез. Тъй като този метал ще се използва в стените на няколко планирани реактора и е изключително устойчив на топлина, плазмата ще трябва да бъде добре защитена от него.
Екипът е открил и някои естествени „спирачки“ за ядрения синтез. Моделите са показали, че излъчването и изтичането на топлина биха могли да поддържат стабилността на плазмените реакции, макар че в началото биха затруднили „запалването“.„Тъй като изследванията в областта на ядрения синтез напредват от експерименти с горяща плазма към производство на енергия в мащаба на реактори, настоящата рамка предоставя навременна основа за оценка на достъпността, стабилността и производителността на запалването в устройствата от следващо поколение.“
пишат изследователите в статията сиТова изследване не включва никакви реални тестове или експерименти, но предвид множеството реактори за ядрен синтез, които в момента се предлагат и проектират, резултатите от него би трябвало да дадат на тези електроцентрали по-големи шансове за успех – и потенциално да спестят много време и средства за разработка. Мненията на експертите са разделени относно това колко време ще отнеме пускането в експлоатация на реактори за ядрен синтез (ако изобщо някога това стане възможно), но това изследване показва реалистичен път към постигането на тази цел. Заедно с другите скорошни постижения това означава, че сме по-близо от всякога до ядрения синтез.
„Въпреки че са необходими допълнителни проучвания, ние сме ентусиазирани от тези резултати, които сочат ясен път напред за бъдещите изследвания в тази област.“
казва физикът Джонатан Менард