Il fisico Sam Lazerson del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ha collaborato con scienziati tedeschi per confermare che il dispositivo di energia di fusione Wendelstein 7-X (W7-X) chiamato stellarator a Greifswald, Germania, produce campi magnetici di alta qualità coerenti con il loro design complesso.

Le scoperte, pubblicato nel numero del 30 novembre di Comunicazioni sulla natura , ha rivelato un campo di errore, o una deviazione dalla configurazione progettata, di meno di una parte su 100, 000. Tali risultati potrebbero diventare un passo fondamentale verso la verifica della fattibilità degli stellarator come modelli per i futuri reattori a fusione.

W7-X, per il quale PPPL è il principale collaboratore statunitense, è lo stellarator più grande e sofisticato al mondo. Costruito dall'Istituto Max Planck per la fisica del plasma a Greifswald, è stato completato nel 2015 come avanguardia del design stellarator. Altri collaboratori del team statunitense includono Oak Ridge e Los Alamos National Laboratories del DOE, insieme alla Auburn University, il Massachusetts Institute of Technology, l'Università del Wisconsin-Madison e Xanthos Technologies.

Campi magnetici tortuosi

Gli stellaratori confinano il caldo, gas carico, altrimenti noto come plasma, che alimenta le reazioni di fusione in campi magnetici tortuosi o 3-D, rispetto ai campi simmetrici, o 2D, creati dai tokamak più utilizzati. La configurazione tortuosa consente agli stellarator di controllare il plasma senza bisogno della corrente che i tokamak devono indurre nel gas per completare il campo magnetico. I plasmi di Stellarator corrono quindi pochi rischi di interruzione, come può succedere nei tokamak, causando l'improvviso arresto della corrente interna e l'arresto delle reazioni di fusione.

PPPL ha svolto un ruolo chiave nel progetto W7-X. Il Laboratorio ha progettato e fornito cinque bobine di assetto delle dimensioni di una porta di stalla che mettono a punto i campi magnetici dello stellarator e ne hanno reso possibile la misurazione. "Abbiamo confermato che la gabbia magnetica che abbiamo costruito funziona come progettato, " ha detto Lazerson, che ha condotto circa la metà degli esperimenti che hanno convalidato la configurazione del campo. "Ciò riflette i contributi degli Stati Uniti a W7-X, " Ha aggiunto, "e mette in evidenza la capacità di PPPL di condurre collaborazioni internazionali". Il supporto per questo lavoro viene dall'Euratom e dal DOE Office of Science.

Per misurare il campo magnetico, gli scienziati hanno lanciato un fascio di elettroni lungo le linee di campo. Successivamente hanno ottenuto una sezione trasversale dell'intera superficie magnetica utilizzando un'asta fluorescente per intersecare e attraversare le linee, inducendo così luce fluorescente nella forma della superficie.

Fedeltà notevole

I risultati hanno mostrato una notevole fedeltà alla progettazione del campo magnetico altamente complesso. "Per quello che ci risulta, " gli autori scrivono della discrepanza di meno di una parte su 100, 000, "questa è una precisione senza precedenti, sia in termini di ingegneria as-built di un dispositivo di fusione, così come nella misurazione della topologia magnetica."

Il W7-X è la versione più recente del concetto di stellarator, quale Lyman Spitzer, un astrofisico della Princeton University e fondatore di PPPL, nata negli anni Cinquanta. Gli Stellarator hanno lasciato il posto ai tokamak un decennio dopo, poiché le strutture a forma di ciambella sono più semplici da progettare e costruire e generalmente confinano meglio il plasma. Ma i recenti progressi nella teoria del plasma e nella potenza di calcolo hanno portato a un rinnovato interesse per gli stellarator.

Tali progressi hanno indotto gli autori a chiedersi se dispositivi come il W7-X possano fornire una risposta alla domanda se gli stellarator siano il concetto giusto per l'energia da fusione. Saranno necessari anni di ricerca sulla fisica del plasma per scoprire, concludono, e "quel compito è appena iniziato".