Per più di sette decenni, i ricercatori sulla fusione hanno cercato di costruire una stella in una scatola, e per più di sette decenni, la stella si è rifiutata di collaborare. Ora, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti affermano di aver trovato un modo potenzialmente molto più efficiente per ottenere l'ignizione della fusione - semplicemente cambiando l'ordine in cui il plasma viene riscaldato e compresso. Che è l'equivalente fisico di scoprire che hai montato i mobili IKEA nella sequenza sbagliata per tutto questo tempo.

Il vecchio libro delle regole matematiche qui è il criterio di Lawson, che determina se il plasma può rimanere caldo e denso abbastanza a lungo da sostenere la fusione senza riscaldamento esterno. Ti dice le condizioni richieste per l'ignizione. Non ti dice, tuttavia, il modo più efficiente per arrivarci - un po' come una mappa che ti mostra la destinazione ma insiste che ti arrangi da solo a trovare la catena montuosa.

I fisici del PPPL Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono e Jonathan Menard hanno ora sviluppato una versione più completa del criterio, incorporando quattro fattori aggiuntivi che influenzano le prestazioni della fusione. I loro risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters. I quattro fattori aggiuntivi non sono stati specificati nell'annuncio, presumibilmente perché sono il tipo di dettagli che devi leggere l'articolo per scoprire.

La ricerca si concentra sul plasma, il quarto stato della materia, che si forma quando il gas diventa così energetico che le sue particelle portano cariche elettriche. Nei reattori a fusione, questo materiale estremamente caldo contiene i nuclei atomici che i ricercatori sperano di combinare, rilasciando energia attraverso la fusione nucleare. L'obiettivo finale è un plasma ardente - uno in cui le reazioni di fusione generano abbastanza calore da sostenere il processo senza riscaldamento esterno continuo. Raggiungere questo obiettivo in modo efficiente rimane una delle sfide più importanti nella ricerca sull'energia da fusione, insieme a ricordare dove hai lasciato la chiave a brugola.

Delgado-Aparicio paragona la scoperta alla ricerca di un percorso più efficiente attraverso una catena montuosa. Immagina i requisiti energetici per l'ignizione della fusione come un paesaggio dominato da una montagna imponente. La destinazione è dall'altra parte, ma ci sono diversi percorsi possibili. Molte strategie proposte cercano essenzialmente di scalare direttamente la montagna - aumentando prima la densità del plasma, poi fornendo un calore enorme per raggiungere l'ignizione. I nuovi calcoli suggeriscono che riscaldare il plasma prima di renderlo più denso potrebbe essere considerevolmente più efficiente, evitando i requisiti energetici più elevati pur raggiungendo le condizioni desiderate.

"Molte aziende vogliono scalare la montagna a testa bassa e spendere enormi quantità di energia per arrivarci", ha detto Delgado-Aparicio. "Gira intorno alla vetta. Raggiungi lo stesso posto in modo molto più intelligente e usi molta meno energia." Un sentimento che suonerà familiare a chiunque abbia mai visto un GPS ricalcolare in tempo reale.

I ricercatori hanno identificato una regione particolarmente importante di questo paesaggio matematico chiamata sella di Cordey. In termini geografici, una sella è un passaggio basso tra elevazioni più alte. Nella fisica della fusione, rappresenta un punto relativamente accessibile lungo il confine che separa il plasma che ha ancora bisogno di riscaldamento esterno dal plasma capace di sostenere le proprie reazioni di fusione - l'equivalente della fusione di un passo di montagna che non richiede bombole di ossigeno.

Per valutare diversi percorsi, gli scienziati hanno usato una misura chiamata Q, che confronta la potenza prodotta dalle reazioni di fusione con la potenza di riscaldamento esterno fornita al plasma. Un valore Q di 5 significa che le reazioni di fusione producono cinque volte più potenza di quanta ne fornisca il sistema di riscaldamento esterno. In un plasma idealizzato contenente solo puro combustibile da fusione, la sella di Cordey si verifica a circa Q = 5. I sistemi di fusione reali, tuttavia, sono molto più complicati. I contaminanti all'interno del plasma e campi magnetici estremamente forti possono spostare la posizione di questo passaggio, aumentando il valore Q necessario per raggiungerlo. Un