Gli scienziati hanno scoperto un modo straordinariamente semplice per sopprimere un'instabilità comune che può fermare le reazioni di fusione e danneggiare le pareti dei reattori costruiti per creare una "stella in un barattolo". Le scoperte, pubblicato a giugno sulla rivista Lettere di revisione fisica , derivano da esperimenti eseguiti sul National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), presso il Dipartimento di Energia del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).

L'instabilità soppressa è chiamata Alfvén eigenmode globale (GAE), un disturbo comune simile a un'onda che può causare l'esaurimento delle reazioni di fusione. La soppressione è stata ottenuta con un secondo iniettore a raggio neutro recentemente installato come parte dell'aggiornamento NSTX-U. Solo una piccola quantità di particelle altamente energetiche di questo secondo iniettore è stata in grado di spegnere i GAE.

Simile a un serpente o un drago

Tali instabilità sono simili a un serpente o un drago che si ingoia la propria coda. Mescolando GAE sono le stesse particelle del raggio neutre che riscaldano il plasma, che vengono ionizzati in elettroni e ioni, o nuclei atomici, all'interno del gas. Una volta attivato da questi ioni veloci, i GAE possono insorgere e scacciarli, raffreddamento del plasma e arresto delle reazioni di fusione.

A sopprimere questa eccitazione c'erano i raggi del secondo iniettore, che fluiscono attraverso il plasma con un angolo di inclinazione maggiore, in una direzione approssimativamente parallela al campo magnetico che confina il gas caldo. I fisici chiamano tali raggi "fuoribordo" per distinguerli dai raggi "interni" prodotti dall'iniettore NSTX-U originale, che attraversano il plasma e il campo magnetico in modo più perpendicolare.

L'iniezione del raggio esterno ha soppresso i GAE in millisecondi. Gli ioni veloci del fascio si combinano con quelli del fascio interno per aumentare la densità degli ioni e alterare la loro distribuzione nel plasma. L'improvvisa alterazione ha ridotto il gradiente, o pendenza, della densità ionica, senza i quali i GAE non sarebbero stati in grado di formarsi e incresparsi attraverso il plasma.

Buone notizie per lo sviluppo della fusione

Questi notevoli risultati sono stati una buona notizia per lo sviluppo della fusione. "Normalmente, quando inietti particelle energetiche, guidi instabilità, " ha detto Jonathan Menard, capo della ricerca su NSTX-U. "Il fatto che il secondo raggio neutro sia stato in grado di disattivarli variando la distribuzione degli ioni veloci con una piccola quantità di particelle fornisce flessibilità alla nostra ricerca ed è una scoperta gradita".

Il risultato ha convalidato le previsioni di un codice informatico chiamato "HYM, " sviluppato dal fisico PPPL Elena Belova, e potrebbe rivelarsi utile a ITER, l'impianto internazionale di fusione in costruzione in Francia per dimostrare la capacità di confinare un plasma in fiamme e produrre 10 volte più energia di quella che consuma.

"Questa ricerca dimostra la soppressione dei GAE con solo una piccola popolazione di particelle energetiche, " ha detto il fisico Eric Fredrickson, autore principale dell'articolo di giornale. "Dà fiducia che usando questo codice, previsioni ragionevoli di stabilità GAE possono essere fatte per ITER."