Ερευνητές από το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον (PPPL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ ανέπτυξαν μια νέα στρατηγική για την επίτευξη συνθηκών ανάφλεξης σε συστήματα πυρηνικής σύντηξης, χρησιμοποιώντας σημαντικά λιγότερη ενέργεια. Η μελέτη αναδιαμορφώνει το κλασικό κριτήριο Lawson του 1950, προσφέροντας έναν πιο αποδοτικό χάρτη πορείας για την αυτοσυντηρούμενη παραγωγή ενέργειας.
Κβαντική ανάφλεξη: Η διαδρομή γύρω από το βουνό
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η παραδοσιακή προσέγγιση προσπαθεί να φτάσει στην ανάφλεξη αυξάνοντας πρώτα τη πυκνότητα του πλάσματος και μετά τη θερμοκρασία, μια διαδικασία που απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας. Η νέα μέθοδος προτείνει τη θέρμανση του πλάσματος σε πρώτο στάδιο και την αύξηση της πυκνότητας στη συνέχεια.
Μαθηματικά, η διαδρομή αυτή διέρχεται από την περιοχή που είναι γνωστή ως «σέλα Cordey» (Cordey saddle), το χαμηλότερο δηλαδή σημείο στο ενεργειακό φράγμα που χωρίζει το εξωτερικά θερμαινόμενο πλάσμα από το αυτοσυντηρούμενο.
Ενσωμάτωση πραγματικών παραγόντων στο μοντέλο
Το νέο μοντέλο συνυπολογίζει ταυτόχρονα τέσσερις κρίσιμες παραμέτρους που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του πλάσματος:
- Τη συσσώρευση στάχτης ηλίου από τις αντιδράσεις σύντηξης.
- Τις ελαφρές και βαριές προσμίξεις που αποσπώνται από τα εσωτερικά τοιχώματα.
- Τις απώλειες ακτινοβολίας σύγχροτρον από τα φορτισμένα σωματίδια.
- Τη ροή θερμότητας προς τα έξω καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
Η σημασία των υλικών των τοιχωμάτων
Η έρευνα αναδεικνύει την επιρροή των υλικών κατασκευής. Η παρουσία βολφραμίου από τα τοιχώματα σε αναλογία μόλις ένα προς δέκα χιλιάδες μέσα στο πλάσμα μπορεί να διπλασιάσει την πίεση που απαιτείται για την ανάφλεξη. Ωστόσο, οι ίδιες απώλειες λειτουργούν και ως δικλίδα ασφαλείας, εμποδίζοντας την ανεξέλεγκτη θερμική αύξηση και σταθεροποιώντας το πλάσμα.
Για τη διευκόλυνση της διαδικασίας, προτείνονται λύσεις όπως η επικάλυψη των τοιχωμάτων με υγρό λίθιο και η χρήση καυσίμου με προσανατολισμένο σπιν (spin-polarized fuel), που αυξάνει τον ρυθμό των αντιδράσεων.