Timp de peste șapte decenii, cercetătorii în fuziune au încercat să construiască o stea într-o cutie, iar timp de peste șapte decenii, steaua a refuzat să coopereze. Acum, oamenii de știință de la Laboratorul de Fizică a Plasmei Princeton (PPPL) al Departamentului de Energie al SUA spun că au găsit o modalitate potențial mult mai eficientă de a realiza aprinderea fuziunii — pur și simplu schimbând ordinea în care plasma este încălzită și comprimată. Ceea ce este echivalentul în fizică al descoperirii că ai asamblat mobila IKEA în ordinea greșită tot acest timp.

Regulamentul matematic de lungă durată aici este criteriul Lawson, care determină dacă plasma poate rămâne suficient de fierbinte și de densă pentru a susține fuziunea fără încălzire externă. Acesta îți spune condițiile necesare pentru aprindere. Nu îți spune, totuși, care este cea mai eficientă cale de a ajunge acolo — cam ca o hartă care îți arată destinația, dar insistă să-ți dai seama singur de lanțul muntos.

Fizicienii PPPL Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono și Jonathan Menard au dezvoltat acum o versiune mai cuprinzătoare a criteriului, încorporând patru factori suplimentari care influențează performanța fuziunii. Descoperirile lor au fost publicate în Physical Review Letters. Cei patru factori suplimentari nu au fost specificați în anunț, probabil pentru că sunt genul de detalii pentru care trebuie să citești lucrarea.

Cercetarea se concentrează pe plasmă, a patra stare a materiei, care se formează atunci când gazul devine atât de energic încât particulele sale poartă sarcini electrice. În reactoarele de fuziune, acest material extrem de fierbinte conține nucleele atomice pe care cercetătorii speră să le combine, eliberând energie prin fuziune nucleară. Scopul final este o plasmă care arde — una în care reacțiile de fuziune generează suficientă căldură pentru a susține procesul fără încălzire externă continuă. Realizarea acestui lucru în mod eficient rămâne una dintre cele mai importante provocări în cercetarea energiei de fuziune, alături de a-ți aminti unde ai lăsat cheia Allen.

Delgado-Aparicio compară descoperirea cu găsirea unei rute mai eficiente printr-un lanț muntos. Imaginați-vă cerințele energetice pentru aprinderea fuziunii ca un peisaj dominat de un munte impunător. Destinația este de cealaltă parte, dar există mai multe rute posibile. Multe strategii propuse încearcă în esență să urce direct peste munte — crescând mai întâi densitatea plasmei, apoi furnizând o căldură enormă pentru a atinge aprinderea. Noile calcule sugerează că încălzirea plasmei înainte de a o face mai densă ar putea fi considerabil mai eficientă, evitând cele mai mari cerințe energetice, dar atingând totuși condițiile dorite.

„Multe companii vor să urce muntele direct și să cheltuiască energie enormă pentru a ajunge acolo”, a spus Delgado-Aparicio. „Ocoliți vârful. Ajungeți în același loc într-un mod mult mai inteligent și folosiți mult mai puțină energie.” Un sentiment care va suna familiar pentru oricine a urmărit vreodată un GPS recalculând în timp real.

Cercetătorii au identificat o regiune deosebit de importantă a acestui peisaj matematic numită șaua Cordey. În termeni geografici, o șa este o trecere joasă între înălțimi mai mari. În fizica fuziunii, ea reprezintă un punct relativ accesibil de-a lungul graniței care separă plasma care încă are nevoie de încălzire externă de plasma capabilă să-și susțină propriile reacții de fuziune — echivalentul fuziunii al unui pas montan care nu necesită butelii de oxigen.

Pentru a evalua diferite rute, oamenii de știință au folosit o măsurătoare numită Q, care compară puterea produsă de reacțiile de fuziune cu puterea de încălzire externă furnizată plasmei. O valoare Q de 5 înseamnă că reacțiile de fuziune produc de cinci ori mai multă putere decât furnizează sistemul de încălzire externă. Într-o plasmă idealizată care conține doar combustibil de fuziune pur, șaua Cordey apare la aproximativ Q = 5. Sistemele reale de fuziune, totuși, sunt mult mai complicate. Contaminanții din plasmă și câmpurile magnetice extrem de puternice pot deplasa locația acestei treceri, crescând valoarea Q necesară pentru a o atinge. Un