La fusione offre il potenziale di un'energia quasi illimitata riscaldando un gas intrappolato in un campo magnetico a temperature incredibilmente elevate in cui gli atomi sono così energetici che si fondono insieme quando si scontrano. Ma se quel gas caldo, chiamato plasma, si libera dal campo magnetico, deve essere rimontato in modo sicuro per evitare di danneggiare il dispositivo di fusione:questo problema è stato una delle grandi sfide della fusione confinata magneticamente.

Durante queste cosiddette interruzioni, il rapido rilascio dell'energia nel plasma può danneggiare il dispositivo di fusione:il calore intenso può vaporizzare o fondere le pareti, grandi correnti elettriche possono generare forze dannose, e fasci di elettroni "fuga" ad alta energia possono causare danni localizzati intensi.

Rendere le interruzioni meno distruttive comporta l'iniezione di materiale nel plasma che irradia uniformemente l'energia del plasma. Una sfida è che il materiale ha difficoltà a raggiungere il centro del plasma prima che si verifichi un'interruzione. I ricercatori sperano che l'inserimento di materiale nel mezzo possa fornire un raffreddamento "dall'interno verso l'esterno" del plasma, prevenire la rottura e la produzione di elettroni in fuga.

I ricercatori del DIII-D National Fusion Facility hanno dimostrato una nuova tecnica rivoluzionaria per ottenere questo raffreddamento "dall'interno verso l'esterno" prima che si verifichi un'interruzione. Un pellet con guscio di diamante a parete sottile trasporta un carico utile di polvere di boro in profondità nel plasma (Figura 1). Gli esperimenti mostrano che i proiettili sparati nel nucleo a circa 450 miglia all'ora possono depositare polvere di boro in profondità nel plasma dove è più efficace. I gusci di diamante si disintegrano gradualmente nel plasma prima di rilasciare la polvere vicino al centro del plasma.

Il nuovo approccio trasforma le prospettive per l'energia da fusione risolvendo potenzialmente tre problemi principali:irradiare in modo efficiente il calore del plasma, riducendo le forze dal plasma sul dispositivo di fusione, e prevenire la formazione di fasci di elettroni energetici.

In qualità di Direttore Scientifico DIII-D, Richard Buttery, Commenti, "I pellet Shell offrono il potenziale per affrontare tutte e tre le sfaccettature della sfida, eliminando il rischio di danni al dispositivo."

Il lavoro futuro è finalizzato alla creazione di progetti di shell più sofisticati in grado di trasportare carichi utili più grandi e penetrare nei plasmi di classe dei reattori.

Un'altra tecnica esplorata al DIII-D è nota come iniezione di pellet frantumato. In questo approccio, pellet solidi congelati costituiti da un isotopo pesante di idrogeno e neon o argon vengono lanciati verso il plasma ad alta velocità. Si frantumano in piccoli frammenti prima di colpire il bordo del plasma. I ricercatori hanno eseguito esperimenti e estrapolato i risultati al grande dispositivo di fusione, ITER, in via di sviluppo in Francia. Ritengono che questa tecnica sarà efficace in ITER.

"Il modo migliore per prevenire in modo affidabile le interruzioni rimane una questione aperta, " ha affermato il ricercatore Nick Eidietis, che lavora al dispositivo di fusione DIII-D a San Diego e presenterà la sua ricerca alla riunione della divisione di fisica del plasma dell'American Physical Society a Portland, Oregon. "Ma stiamo facendo progressi significativi nello sviluppo della comprensione e delle tecniche necessarie per ottenere il potere di fusione. Se questa nuova tecnica di proiettili manterrà la sua promessa iniziale, trasformerà le prospettive per un funzionamento affidabile della centrale elettrica a fusione".