Per creare un pratico reattore a energia di fusione, i ricercatori devono controllare le particelle note come ioni veloci. Questi ioni veloci, che sono atomi di idrogeno carichi elettricamente, forniscono gran parte della capacità di autoriscaldamento del reattore in quanto entrano in collisione con altri ioni. Ma possono anche sfuggire rapidamente ai potenti campi magnetici utilizzati per confinarli e surriscaldare le pareti del recipiente di contenimento, provocando danni.

Un team del DIII-D National Fusion Facility ha recentemente adottato un approccio diverso allo studio di queste particelle difficili da misurare. La ricerca ha mostrato risultati promettenti che non solo hanno fornito informazioni sulla fisica delle particelle stesse, ma possono anche portare a modi nuovi e affidabili per monitorare e gestire la velocità con cui gli ioni sono contenuti nei futuri reattori.

"Questo è davvero un momento emozionante per lavorare su questo tipo di sfide nell'energia da fusione, " ha affermato il ricercatore DIII-D Kathreen Thome. "La comunità globale della fusione sta accelerando sulla strada della produzione di energia, e ogni ulteriore approfondimento che possiamo generare su questi problemi ci avvicina a quella destinazione".

Parte della sfida della ricerca nella misurazione degli ioni veloci risiede nell'ambiente ostile al centro di un tokamak, un tipo di reattore a fusione. I delicati sensori utilizzati negli odierni tokamak di ricerca verrebbero semplicemente distrutti nei futuri reattori a fusione, che avrà una potenza molto maggiore. Il team DIII-D ha utilizzato un sensore magnetico robusto e un'elaborazione ad alte prestazioni per catturare e interpretare una piccola oscillazione creata nel campo magnetico del dispositivo da queste particelle veloci. Questa fluttuazione del campo magnetico (Figura 1) fornisce informazioni sulle proprietà e sul comportamento degli ioni veloci e su come interagiscono con le onde di plasma.

Il prossimo passo per la comunità della fusione sarà utilizzare i dati generati per espandere le capacità dei modelli informatici che interpretano il comportamento degli ioni veloci in base a queste oscillazioni. Una volta che i modelli sono resi più efficaci, potrebbero essere accoppiati con i robusti sensori magnetici nei futuri reattori ad alta potenza per fornire un controllo in tempo reale delle condizioni che influenzano gli ioni veloci. Se questo ciclo di feedback può essere stabilito, non solo si poteva impedire agli ioni veloci di danneggiare le pareti del tokamak, potrebbero essere usati per riscaldare il plasma in modo più efficiente.