I ricercatori che lavorano sul tokamak DIII-D a San Diego stanno lavorando per mostrare come il trasporto del plasma e la fisica atomica si uniscono per fornire soluzioni di scarico di potenza.

Una delle grandi sfide che gli scienziati della fusione devono affrontare è affrontare i massicci flussi di energia esauriti dai plasmi di fusione, che vengono creati in dispositivi chiamati tokamak come il DIII-D National Fusion Facility. Lasciato a se stesso, l'intenso potere trasportato in un plasma tokamak sarebbe concentrato in un'area così piccola da distruggere rapidamente qualsiasi materiale sul suo cammino.

La strategia standard per gestire lo scarico di potenza nei reattori è convertire il calore in radiazione elettromagnetica, che diffonde il potere in modo più uniforme e dà alle pareti metalliche che circondano il plasma una possibilità di combattimento. Questo processo avviene nel divertore del tokamak, un dispositivo che funge da regione tampone tra il plasma di fusione e le pareti della camera circostante.

Fino ad ora, le simulazioni hanno previsto molta meno radiazione di quella misurata negli esperimenti. Ciò è stato attribuito alla combinazione altamente complicata di fisica atomica e molecolare in gioco nella regione del divertore, che è difficile da includere completamente nelle simulazioni. I ricercatori del DIII-D hanno adottato un altro approccio per studiare il problema:eliminare la fisica molecolare dall'esperimento eseguendo plasmi utilizzando l'elio, un gas nobile che non forma molecole (Figura 1).

Questi esperimenti hanno dimostrato che la radiazione può essere completamente riprodotta in simulazioni, a condizione che i parametri del plasma del deviatore siano accuratamente contabilizzati (Figura 2). Fare questa contabilità si basava sulla corrispondenza della densità misurata direttamente nel divertore, una misurazione disponibile unicamente in DIII-D. Utilizzando misurazioni nel bordo più distante del plasma principale come input per la simulazione, come si fa di solito, non è abbastanza buono, evidenziando che manca un collegamento nel trasporto del plasma che collega il plasma principale al deviatore. Una volta che questo è stato contabilizzato, il plasma all'interno del divertore può essere riprodotto anche utilizzando i modelli.

"Questi risultati danno molta più fiducia nella nostra capacità di utilizzare simulazioni per progettare soluzioni di scarico radiante per il futuro, che è fondamentale per il successo dello sforzo di fusione, " ha detto il dottor John Canik dell'Oak Ridge National Laboratory, che ha guidato il team che includeva scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory e General Atomics, che gestisce la struttura DIII-D in collaborazione con il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Questo successo sottolinea anche l'importanza di catturare la fisica atomica e molecolare più complicata dei plasmi standard, ha spiegato il dottor Canik. I risultati del team saranno riportati alla 58a conferenza annuale dell'American Physical Society Division of Plasma Physics a San Jose

"Questo lavoro ha messo in evidenza un 'anello mancante' nel trasporto del plasma che collega il deviatore al plasma principale, " Egli ha detto, rilevando che il loro lavoro sarà oggetto di futuri esperimenti.