Авторы исследования, физики из Принстонского университета, приводят такую аналогию: если зажигание — это долина, скрытая за горным хребтом, то предложенный ими подход позволяет обойти горы, а не пытаться преодолеть их, карабкаясь через вершину.

«Многие компании пытаются штурмовать гору „в лоб“, затрачивая на это колоссальное количество энергии, — объяснил Луис Дельгадо-Апарисио, один из авторов. — А можно просто обойти пик. Вы придете в ту же точку, но гораздо более разумным путем и с гораздо меньшими энергозатратами».

В основе исследования лежит расширенная версия критерия Лоусона — концепции, разработанной еще в 1950-х годах. Она определяет условия и принципы, необходимые для достижения в реакторе режима самоподдерживающейся термоядерной реакции. В своей работе исследователи дополнили расчеты четырьмя факторами: накоплением отработанного топлива в виде гелиевой «золы», попаданием в плазму примесей со стенок реактора, радиационными потерями (в частности, синхротронным излучением) и оттоком тепла из плазмы.

Влияние этих факторов на процесс зажигания изучалось и ранее, однако до сих пор они не рассматривались в совокупности. Цель состояла в том, чтобы получить более реалистичное и точное представление о том, как должен быть спроектирован реактор.

«Если не учитывать эти факторы, может показаться, что конструкция будет работать прекрасно, — сказал Масаюки Оно. — Но когда вы включаете их в расчеты, картина меняется — и эти нюансы становятся критически важными».

Исследователи искали то, что математики называют «седлом Корди» — путь к достижению зажигания, требующий минимальных затрат энергии. Расчеты показали, что оптимальный подход — сначала нагреть плазму, а затем увеличить ее плотность, а не наоборот.

Кроме того, моделирование выявило, что даже ничтожное количество вольфрама может привести к срыву термоядерной реакции. Поскольку этот жаростойкий металл планируется использовать для облицовки стенок ряда реакторов, необходимо обеспечить надежную защиту плазмы от контакта с ним, пишет Science Alert.

Команда также обнаружила своего рода естественные «тормоза» для ядерного синтеза. Согласно моделям, утечки излучения и тепла могут способствовать поддержанию стабильности плазменных реакций, однако они же затрудняют сам процесс запуска зажигания.

Исследование американских ученых остается чисто теоретическим, однако, его результаты могут повысить шансы на успех многочисленных перспективных реакторов термоядерного синтеза, которые проектируются и строятся сегодня.

Этой осенью китайский конгломерат «Синьао Цзитуань» (ENN Group) первым среди коммерческих компаний достиг термоядерного синтеза водорода с бором — перспективного топлива, более доступного и менее разрушительного, чем дейтерий-торий. Сферический токамак EXL-50U продемонстрировал скорость более 100 миллионов реакций в секунду.