Berillio, un duro, metallo argenteo a lungo utilizzato nelle macchine a raggi X e nei veicoli spaziali, sta trovando un nuovo ruolo nella ricerca per portare il potere che guida il sole e le stelle sulla Terra. Il berillio è uno dei due materiali principali utilizzati per la parete in ITER, un impianto di fusione multinazionale in costruzione in Francia per dimostrare la praticità dell'energia da fusione. Ora, i fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e della General Atomics hanno concluso che l'iniezione di minuscoli granuli di berillio in ITER potrebbe aiutare a stabilizzare il plasma che alimenta le reazioni di fusione.

Esperimenti e simulazioni al computer hanno scoperto che i granuli iniettati aiutano a creare condizioni nel plasma che potrebbero innescare piccole eruzioni chiamate modalità localizzate ai bordi (ELM). Se attivato abbastanza frequentemente, i minuscoli ELM prevengono eruzioni giganti che potrebbero fermare le reazioni di fusione e danneggiare l'impianto ITER.

Scienziati di tutto il mondo stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità. Il processo prevede plasma, una zuppa molto calda di elettroni e nuclei atomici fluttuanti, o ioni. La fusione dei nuclei rilascia un'enorme quantità di energia.

Nei presenti esperimenti, i ricercatori hanno iniettato granuli di carbonio, litio, e carburo di boro, metalli leggeri che condividono diverse proprietà del berillio, nel DIII-D National Fusion Facility che la General Atomics gestisce per il DOE a San Diego. "Questi metalli leggeri sono materiali comunemente usati all'interno di DIII-D e condividono diverse proprietà con il berillio, " ha detto il fisico PPPL Robert Lunsford, autore principale del documento che riporta i risultati in Materiali nucleari ed energia . Poiché la struttura interna dei tre metalli è simile a quella del berillio, gli scienziati deducono che tutti questi elementi influenzeranno il plasma ITER in modi simili. I fisici hanno anche utilizzato campi magnetici per rendere il plasma DIII-D simile al plasma come si prevede che accada in ITER.

Questi esperimenti furono i primi del loro genere. "Questo è il primo tentativo di capire come questi pellet di impurità penetrerebbero in ITER e se faresti abbastanza di un cambiamento di temperatura, densità, e pressione per attivare un ELM, " disse Rajesh Maingi, capo della ricerca plasma-edge presso PPPL e coautore del documento. "E in effetti sembra che questa tecnica di iniezione di granuli con questi elementi sarebbe utile".

Se è così, l'iniezione potrebbe ridurre il rischio di grandi ELM in ITER. "La quantità di energia che viene spinta nelle prime pareti di ITER dagli ELM che si verificano spontaneamente è sufficiente per causare gravi danni alle pareti, " Lunsford ha detto. "Se non fosse stato fatto nulla, avresti una durata dei componenti inaccettabilmente breve, eventualmente richiedere la sostituzione di parti ogni due mesi."

Lunsford utilizzò anche un programma da lui stesso scritto che mostrava che l'iniezione di granuli di berillio di 1,5 millimetri di diametro, circa lo spessore di uno stuzzicadenti, penetrerebbe nel bordo del plasma ITER in un modo che potrebbe innescare piccoli ELM. A quella dimensione, abbastanza della superficie del granulo evaporerebbe, o ablare, per consentire al berillio di penetrare in punti del plasma in cui gli ELM possono essere attivati ​​in modo più efficace.

Il prossimo passo sarà calcolare se i cambiamenti di densità causati dai pellet di impurità in ITER attiveranno effettivamente un ELM come indicano gli esperimenti e le simulazioni. Questa ricerca è attualmente in corso in collaborazione con esperti internazionali di ITER.

I ricercatori immaginano l'iniezione di granuli di berillio come solo uno dei tanti strumenti, compreso l'uso di magneti esterni e l'iniezione di pellet di deuterio, per gestire il plasma in strutture tokamak a forma di ciambella come ITER. Gli scienziati sperano di condurre esperimenti simili sul Joint European Torus (JET) nel Regno Unito, attualmente il tokamak più grande del mondo, per confermare i risultati dei loro calcoli. Dice Lunsford, "Pensiamo che sarà necessario che tutti lavorino insieme con una serie di tecniche diverse per tenere davvero sotto controllo il problema ELM".