Lanciando palline di deuterio congelato (un isotopo dell'idrogeno) in un reattore a fusione, gli scienziati del DIII-D National Fusion Facility di San Diego sono stati in grado di controllare le instabilità nel campo magnetico che tiene insieme il plasma di fusione. I grafici a destra illustrano la cronologia misurata della magnitudo dell'isola magnetica e simulazioni di turbolenza all'interno dell'isola prima e dopo un'iniezione di pellet. Crediti:Immagine composita dell'autore; Grafica per gentile concessione di General Atomics e Oak Ridge National Laboratory.
La fusione è un processo non basato sul carbonio per la produzione di energia, dove gli atomi più leggeri si fondono in quelli più pesanti. I reattori a fusione funzionano confinando una "zuppa" di particelle cariche, noto come plasma, all'interno di potenti campi magnetici. Ma questi campi magnetici devono contenere il plasma abbastanza a lungo da poter essere riscaldato a temperature estreme, più calde del sole, dove possono verificarsi reazioni di fusione.
Ma come un pallone che trattiene l'aria, i campi magnetici possono perdere, permettendo all'energia del plasma di fuoriuscire. Una forma di "perdita" è un fenomeno noto come isola magnetica. Queste sono strutture instabili all'interno dei campi magnetici che creano buchi nel campo e rilasciano energia dal plasma, fermare la reazione di fusione. Affinché le future centrali elettriche a fusione producano elettricità in modo efficiente, la crescita delle isole magnetiche deve essere prevenuta o eliminata. In alcuni casi, le isole possono essere eliminate guidando al loro interno una corrente localizzata.
Recentemente, però, i ricercatori del DIII-D National Fusion Facility di San Diego hanno scoperto un nuovo modo per eliminare le isole. Hanno osservato che sparare pellet congelati dell'isotopo dell'idrogeno deuterio in profondità nel plasma provoca il restringimento delle isole magnetiche. Utilizzando simulazioni al computer, hanno determinato che il restringimento era probabilmente causato da una maggiore turbolenza nel plasma dovuta ai granuli iniettati (Figura 1). I calcoli teorici mostrano che le isole rimpicciolite possono essere completamente eliminate con il 70% in meno di corrente all'interno dell'isola rispetto a quella normalmente necessaria senza l'aiuto dell'iniezione di pellet.
"Questa è una scoperta importante, in quanto può estendere la soluzione di controllo dell'isola magnetica a regimi operativi in cui altri metodi non sono applicabili, " ha detto il dottor Laszlo Bardoczi, lo scienziato della General Atomics che ha guidato lo sforzo. "Inoltre, può liberare il riscaldamento e le attuali risorse di azionamento che sarebbero altrimenti necessarie per mantenere la stabilità magnetica. Risparmiare queste risorse ci permetterà di migliorare la produzione elettrica netta di un reattore, oppure potrebbero essere utilizzati per manipolare ulteriormente il plasma per ottenere prestazioni migliori. Così, l'approccio può offrire vantaggi sostanziali per i futuri reattori".
