I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno acquisito una migliore comprensione di un metodo promettente per migliorare il confinamento del plasma di fusione supercaldo utilizzando campi magnetici. Un migliore confinamento del plasma potrebbe consentire di costruire un reattore a fusione chiamato tokamak sferico più piccolo e meno costoso, avvicinando il mondo alla riproduzione sulla Terra dell'energia di fusione che alimenta il sole e le stelle.

Il confinamento migliorato è reso possibile dalla cosiddetta modalità H del piedistallo avanzato (EP), una varietà di alte prestazioni, o modalità H, stato plasmatico osservato da decenni nei tokamak di tutto il mondo. Quando un plasma di fusione entra in modalità H, richiede meno riscaldamento per raggiungere le temperature supercalde necessarie per le reazioni di fusione.

La nuova comprensione rivela alcuni dei meccanismi alla base della modalità H dell'EP, una condizione che i ricercatori hanno scoperto più di dieci anni fa. Gli scienziati guidati dai fisici del PPPL hanno ora scoperto che la modalità H EP migliora la modalità H nei tokamak sferici abbassando la densità del bordo del plasma.

La densità ridotta si verifica in modalità EP H quando piccole instabilità nel bordo del plasma vengono espulse relativamente fredde, particelle a bassa energia. Con meno particelle fredde da urtare, le particelle più calde nel plasma hanno meno probabilità di fuoriuscire.

"Poiché le particelle di energia più elevata rimangono nel plasma in quantità maggiori, aumentano la pressione nel plasma, alimentando le instabilità che espellono particelle più fredde e abbassando ulteriormente la densità dei bordi, " ha detto il fisico PPPL Devon Battaglia, autore principale di un articolo che riporta i risultati in Fisica dei Plasmi . "In definitiva, l'interazione fortuita consente al plasma di rimanere più caldo con lo stesso riscaldamento e pochi cambiamenti alla densità media del plasma."

I fisici vogliono capire le condizioni in cui si verifica la modalità H EP in modo da poterle ricreare nelle future centrali elettriche a fusione. "Se potessimo far funzionare il plasma con questa caratteristica in modo stazionario, fornirebbe un percorso aggiuntivo per ottimizzare le dimensioni e il guadagno di potenza dei futuri reattori a fusione, " ha detto il fisico PPPL Walter Guttenfelder, uno dei ricercatori che ha contribuito ai risultati.

I reattori a fusione combinano elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, per generare grandi quantità di energia. Gli scienziati utilizzano i reattori a fusione per sviluppare il processo che guida il sole e le stelle per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

I fisici Rajesh Maingi e David Gates hanno scoperto la modalità EP H nel 2009 mentre utilizzavano il National Spherical Torus Experiment (NSTX) di PPPL. il predecessore del National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). "La loro scoperta è stata entusiasmante perché il plasma confinato si è riorganizzato e ha fatto un lavoro migliore nel trattenere il calore senza un grande cambiamento nella quantità di plasma, " ha detto Battaglia.

"È come aggiungere un migliore isolamento alla tua casa, " disse. "Più il plasma trattiene il suo calore, più piccolo puoi rendere il dispositivo, poiché non sono necessari ulteriori strati di plasma per isolare il nucleo caldo." Inoltre, Ha aggiunto, "facendo un salto nella nostra comprensione di come avviene la modalità EP H, possiamo avere più fiducia nell'essere in grado di prevedere se accadrà. Il prossimo passo è utilizzare le nuove capacità di NSTX-U per dimostrare che possiamo trarre vantaggio da questo processo nei nostri progetti per i reattori a fusione".