Энергетика будущего. Ученые нашли кратчайший путь к запуску управляемого термоядерного синтеза

Солнце служит естественным примером термоядерного синтеза: чрезвычайно высокие температуры и давление заставляют ядра водорода сливаться в гелий, выделяя колоссальное количество энергии. Воспроизведение подобных процессов в земных лабораториях способно навсегда решить глобальные энергетические проблемы, однако сделать это невероятно сложно.

Ученые из Принстонского университета опубликовали в издании Physical Review Letters исследование, описывающее принципиально новый и гораздо более простой путь достижения так называемого «зажигания» (момента, когда плазма поддерживает необходимую температуру за счет собственных реакций синтеза). Авторы используют забавную аналогию: если запуск реакции — это долина за горным хребтом, то предложенный метод состоит в том, чтобы обойти горы, а не тратить кучу сил на штурм вершины.

Основой нового открытия стала расширенная версия классического критерия Лоусона, разработанного еще в 1950-х годах для определения параметров работы реакторов. Исследователи добавили к расчетам четыре ключевых фактора, которые ранее часто пренебрегали: остатки гелиевой золы, загрязнение плазмы микрочастицами стенок реактора, радиационные потери (синхротронное излучение) и собственный теплообмен плазмы.

Анализ показал, что наиболее эффективный путь заключается в том, чтобы сначала нагревать плазму, а лишь затем увеличивать ее плотность, а не наоборот. Кроме того, модель обнаружила потенциальную угрозу: даже минимальное количество вольфрама, который планируется использовать для термостойкой облицовки стен будущих реакторов, способно полностью остановить реакцию. Это значит, что плазму придется надежно изолировать от контакта с материалом стен.

Эта работа носит теоретический характер и пока не включала полномасштабные испытания в реальных реакторах, но все же она содержит четкие инструкции для инженеров будущего. Предложенная авторами концепция, по их мнению, способна приблизить человечество к реализации управляемого коммерческого термоядерного синтеза.