"Misura due volte, tagliare una volta" è un vecchio proverbio da falegname, un promemoria che un'attenta pianificazione può far risparmiare tempo e materiali a lungo termine.

Il concetto si applica anche alla progettazione di stellarator, che sono complessi esperimenti di fusione nucleare destinati a esplorare il potenziale della fusione come fonte di energia. Gli stellarator funzionano confinando un anello di plasma incandescente all'interno di un campo magnetico di forma precisa generato da bobine elettromagnetiche esterne. Quando il plasma raggiunge diversi milioni di gradi, caldo quanto l'interno del sole, i nuclei atomici iniziano a fondersi insieme, rilasciando enormi quantità di energia.

Prima di girare un solo bullone per costruire uno di questi rari e costosi dispositivi, gli ingegneri creano piani rigorosi utilizzando una serie di algoritmi. Però, un'ampia varietà di forme di bobine possono generare tutte lo stesso campo magnetico, aggiungendo livelli di complessità al processo di progettazione. Fino ad ora, pochi ricercatori hanno studiato come scegliere la migliore tra tutte le potenziali forme di bobine per uno specifico stellarator.

Il fisico Matt Landreman dell'Università del Maryland ha apportato un'importante revisione a uno degli strumenti software più comuni utilizzati per progettare stellarator. Il nuovo metodo è migliore per bilanciare i compromessi tra la forma ideale del campo magnetico e le potenziali forme della bobina, con conseguente design con più spazio tra le bobine. Questo spazio extra consente un migliore accesso per le riparazioni e più posti per installare i sensori. Il nuovo metodo di Landreman è descritto in un articolo pubblicato il 13 febbraio, 2017 sulla rivista Fusione nucleare .

"Invece di ottimizzare solo la forma del campo magnetico, questo nuovo metodo considera la complessità delle forme della bobina contemporaneamente. Quindi c'è un piccolo compromesso, " disse Landreman, un assistente ricercatore presso l'UMD Institute for Research in Electronics and Applied Physics (IREAP) e unico autore del documento di ricerca. "È un po' come comprare un'auto. Potresti volere l'auto più economica, ma vuoi anche l'auto più sicura. Entrambe le caratteristiche possono essere in contrasto tra loro, quindi devi trovare un modo per incontrarti nel mezzo."

I ricercatori hanno utilizzato il metodo precedente, chiamato il Neumann Solver for Fields Produced by External Coils (NESCOIL) e descritto per la prima volta nel 1987, per progettare molti degli stellarator in funzione oggi, incluso il Wendelstein 7-X (W7-X). Il più grande stellarator esistente, W7-X ha iniziato a funzionare nel 2015 presso il Max Planck Institute of Plasma Physics in Germania.

"La maggior parte dei disegni, compreso W7-X, iniziato con un campo magnetico appositamente sagomato per confinare bene il plasma. Quindi i progettisti hanno modellato le bobine per creare questo campo magnetico, " ha spiegato Landreman. "Ma questo metodo in genere richiedeva molti tentativi ed errori con gli strumenti di progettazione delle bobine per evitare che le bobine si avvicinassero troppo tra loro, rendendoli impraticabili da costruire, o lasciare troppo poco spazio per accedere alla camera del plasma per la manutenzione."

Il nuovo metodo di Landreman, che chiama NESCOIL regolarizzato, o REGCOIL in breve, aggira questo problema affrontando il problema della spaziatura delle bobine del design dello stellarator in tandem con la formazione del campo magnetico stesso. Il risultato, Landreman ha detto, è un veloce, processo più robusto che produce migliori forme della bobina al primo tentativo.

I test di modellazione eseguiti da Landreman suggeriscono che i progetti prodotti da REGCOIL confinano il plasma caldo in una forma desiderabile, aumentando notevolmente le distanze minime tra le bobine.

"In matematica, chiameremmo il design della bobina di stellarator un "problema mal posto, ' il che significa che ci sono molte potenziali soluzioni. Trovare la soluzione migliore dipende fortemente dal porre il problema nel modo giusto, " ha detto Landreman. "REGCOIL fa esattamente questo semplificando le forme delle bobine in modo che il problema possa essere risolto in modo molto efficiente".

Lo sviluppo della fusione nucleare come fonte di energia praticabile rimane lontano nel futuro. Ma innovazioni come il nuovo metodo di Landreman aiuteranno a ridurre i costi e gli investimenti in tempo necessari per costruire nuovi stellarator per la ricerca e, eventualmente, pratici, applicazioni per la produzione di energia.

"Questo campo è ancora in fase di ricerca di base, e ogni nuovo design è totalmente unico, " disse Landreman. "Con queste caratteristiche incompatibili da bilanciare, ci saranno sempre diversi punti in cui puoi decidere di trovare un compromesso. Il metodo REGCOIL consente agli ingegneri di esaminare e modellare molti punti diversi lungo questo spettro".

Il documento di ricerca, "Un metodo del potenziale di corrente migliorato per il calcolo veloce delle forme delle bobine di stellarator, "Matteo Landreman, è stato pubblicato il 13 febbraio 2017 sulla rivista Fusione nucleare .