Utilizzando simulazioni al computer su larga scala, il gruppo di ricerca Plasma Physics and Fusion Energy presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dello Spazio sta dando importanti contributi al Joint European Torus (JET), il più grande esperimento di fusione attualmente in funzione. Le simulazioni forniscono informazioni sulla turbolenza del plasma e sul trasporto dei plasmi che sarebbe impossibile o troppo costoso da studiare sperimentalmente.

Il gruppo Plasma Physics and Fusion Energy è coinvolto in diversi progetti internazionali con l'obiettivo di realizzare la fusione come fonte di energia. La ricerca è svolta principalmente in collaborazione con il Joint European Torus (JET), il più grande esperimento di fusione attualmente in funzione, ed è focalizzata sulla preparazione per l'avvio del reattore sperimentale a fusione ITER che è in costruzione a Cadarache, Francia. Uno dei progetti in corso è focalizzato sulla comprensione di come i nuclei di idrogeno che partecipano alla reazione di fusione possono essere reintegrati mediante iniezione di pellet di idrogeno.

JET è particolarmente adatto per lo studio dei problemi di ITER a causa delle sue dimensioni e poiché condivide molte caratteristiche del design di ITER come una parete metallica (berillio e tungsteno) e la capacità del trizio. Il gruppo di ricerca di Chalmers utilizza i dati degli esperimenti JET per eseguire simulazioni al computer su larga scala della turbolenza del plasma e del trasporto associato di particelle ed energia.

"Questi esperimenti numerici ci permettono di studiare la turbolenza a un livello di dettaglio che non è possibile nell'esperimento reale. Esaminiamo anche l'impatto dei cambiamenti nei parametri del plasma che sarebbe impossibile o troppo costoso da studiare sperimentalmente. Lo strumento che usiamo per questo è il codice GENE, un cosiddetto codice girocinetico che evolve la funzione di distribuzione delle particelle in cinque dimensioni di spazio e velocità, " spiega Daniel Tegnered, Dottoranda nel gruppo di Fisica del Plasma ed Energia di Fusione.

Una delle questioni cruciali per ITER è come dovrebbe essere realizzato il rifornimento di plasma. Le particelle del plasma andranno inevitabilmente perse, sia al muro, poiché il confinamento delle particelle non sarà perfetto, e anche attraverso le stesse reazioni di fusione che consumano nuclei di idrogeno. Ciò rende necessaria la continua alimentazione del plasma. Per ITER, è prevista la cosiddetta alimentazione a pellet, per cui pellet contenenti isotopi di idrogeno appropriati vengono iniettati ad alta velocità nel plasma. Però, i pellet non potranno raggiungere la parte centrale del plasma con le più alte densità e temperature prima di essere ablati. Ciò perturberà i profili di temperatura e densità del plasma, causando un "urto" nella densità del plasma come mostrato nell'immagine. Queste particelle devono poi essere trasportate verso l'interno per diffusione e convezione provocate dalla turbolenza.

"Le nostre simulazioni di scarichi JET alimentati a pellet hanno dimostrato che la turbolenza in determinate condizioni può essere stabilizzata in questa regione a causa dell'"urto" di densità e temperatura, "dice Daniel Tegnered.

Ulteriori simulazioni di condizioni più simili a ITER hanno anche dimostrato che un rapporto più elevato tra pressione plasma e pressione magnetica, un parametro importante per la fattibilità economica dei futuri reattori a fusione, serve anche a stabilizzare la turbolenza in questa regione. Questo a sua volta riduce il flusso di particelle verso l'interno, potenzialmente rendendo meno efficiente il rifornimento di pellet. Ulteriori analisi e simulazioni degli scarichi JET simili a ITER saranno cruciali per il successo dello sviluppo di scenari al plasma per ITER.