I fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto informazioni preziose su come il gas caricato elettricamente noto come "plasma" scorre sul bordo all'interno di dispositivi di fusione a forma di ciambella chiamati "tokamak". I risultati segnano un segnale incoraggiante per lo sviluppo di macchine per produrre energia da fusione per generare elettricità senza creare rifiuti pericolosi a lungo termine.

Il risultato corrobora parzialmente le precedenti scoperte di PPPL secondo cui la larghezza dello scarico di calore prodotto dalle reazioni di fusione potrebbe essere sei volte più ampia, e quindi meno stretto, concentrato, e dannoso, di quanto si pensasse. "Questi risultati sono una buona notizia per ITER, " ha detto il fisico PPPL C.S. Chang, autore principale di una descrizione della ricerca in Fisica dei Plasmi , riferendosi all'esperimento internazionale di fusione in costruzione in Francia. "I risultati mostrano che lo scarico del calore in ITER avrà minori possibilità di danneggiare la macchina, " disse Chang.

Fusione, la forza che guida il sole e le stelle, è la fusione di elementi leggeri sotto forma di plasma, il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che produce energia. Scienziati di tutto il mondo stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

Il plasma incandescente all'interno dei tokamak, che può raggiungere centinaia di milioni di gradi, è confinato da campi magnetici che trattengono il plasma dalle pareti delle macchine. Però, particelle e calore possono sfuggire dai campi di confinamento alla "separatrice magnetica", il confine tra i plasmi confinati magneticamente e non confinati. A questo confine, le linee di campo si incrociano nel cosiddetto punto X, il punto in cui il calore di scarto e le particelle fuoriescono e colpiscono un bersaglio chiamato "piastra del deviatore".

Le nuove scoperte rivelano l'effetto sorprendente del punto X sullo scarico, mostrando che un urto di carica elettrica simile a una collina si verifica nel punto X. Questa collina elettrica fa circolare il plasma intorno ad essa, impedendo alle particelle di plasma di viaggiare tra le aree a monte e a valle delle linee di campo in un percorso rettilineo. Anziché, come macchine che girano intorno a un cantiere, le particelle di plasma cariche fanno una deviazione intorno alla collina.

I ricercatori hanno prodotto questi risultati con XGC, un codice informatico avanzato sviluppato con collaboratori esterni al PPPL che modella il plasma come una raccolta di singole particelle piuttosto che come un singolo fluido. Il modello, che ha mostrato che la connessione tra il plasma a monte situato al di sopra del punto X e il plasma a valle al di sotto del punto X si è formato in un modo non previsto da codici più semplici, potrebbe portare a previsioni più accurate sullo scarico e rendere le future strutture su larga scala meno vulnerabili ai danni interni.

"Questo risultato mostra che il modello precedente delle linee di campo che coinvolgono i tubi di flusso è incompleto, " ha detto Chang, riferendosi alle aree tubolari che circondano le regioni del flusso magnetico, "e che l'attuale comprensione dell'interazione tra i plasmi a monte ea valle non è corretta. Il nostro prossimo passo è capire una relazione più accurata tra i plasmi a monte ea valle usando un codice come il nostro. Questa conoscenza ci aiuterà a sviluppare equazioni più accurate e modelli ridotti migliorati, che di fatto sono già in corso."