Обойти гору вместо штурма «в лоб». Принстонские ученые нашли новый путь к запуску искусственного солнца
Чтобы удержать внутри искусственное солнце , инженеры покрыли стенки термоядерных реакторов сверхпрочным вольфрамом. Но даже в таких условиях микроскопическая пылинка этого защитного металла способна удвоить усилия, необходимые для запуска термоядерного горения.
Физики из Принстонской лаборатории физики плазмы обновили знаменитый критерий Лоусона, по которому более семидесяти лет рассчитывали условия термоядерного зажигания. Ученые учли реальные физические потери, которые старые формулы просто игнорировали.
Исследование описано в журнале Physical Review Letters .
Расчеты выявили опасную чувствительность плазмы. Если в горячую смесь попадет всего один атом вольфрама на десять тысяч частиц топлива, давление, необходимое для поддержания самоподдерживающейся реакции, придется увеличить почти вдвое. В трехмерной модели такой скачок и вовсе выводит плазму за пределы физической стабильности.
Более десяти современных проектов реакторов предусматривают использование именно вольфрама для внутренней обшивки благодаря его исключительной жаростойкости. Физик лаборатории Масаюки Оно объяснил, какую опасность таит в себе слепая вера в идеальные условия. Ученый отметил, что, если не учитывать примеси и утечку тепла, проект выглядит отлично на бумаге, однако при включении этих факторов в уравнения картина кардинально меняется.
В то же время модель подсказала гораздо более экономичный путь к зажиганию плазмы. Большинство коммерческих компаний пытаются сначала обеспечить высокую плотность плазмы, а уже затем разогревать её с помощью огромных мощностей.
Исследователи из Принстона советуют поступить наоборот и пройти через зону седловины Корди. Физик Луис Дельгадо-Апарисио образно описал эту идею. Он подчеркнул, что многие пытаются штурмовать вершину горы «в лоб», затрачивая массу сил, тогда как гораздо разумнее обойти пик, расходуя меньше энергии. Сначала плазму нужно нагреть, а уже затем повышать ее плотность.
Чтобы защитить реактор от загрязнения вольфрамом, ученые предлагают покрывать стенки камер пленкой из жидкого лития и использовать спин-поляризованное топливо. Соавтор работы Джонатан Менард добавил, что полученные результаты служат четким ориентиром для будущих цифровых симуляций, которые помогут приблизить безопасную термоядерную эру.