I tokamak a forma di ciambella, strutture progettate per riprodurre l'energia di fusione che alimenta il sole e le stelle sulla Terra, devono resistere a forze che possono essere più forti degli uragani creati dalle interruzioni nel plasma che alimentano le reazioni di fusione. Recenti scoperte di fisici presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) mostrano che alcune forze rilasciate dalle interruzioni agiscono in modo sorprendente. I risultati potrebbero consentire ai progettisti di grandi strutture future come ITER, il tokamak internazionale in costruzione in Francia, per contenere al meglio le forze che potrebbero danneggiare gravemente la struttura.

due forze

A causare queste forze prodotte da interruzioni chiamate "eventi di spostamento verticale" (VDE) sono correnti "parassite" che turbinano all'interno delle pareti interne di un tokamak e correnti "alone" che entrano ed escono dalle pareti. Eppure, non importa quanto forti crescano le correnti dell'alone, le forze totali che si schiantano contro i muri non diventano più potenti. Risultati di simulazioni PPPL all'avanguardia, utilizzando il codice M3D-C1 di punta di PPPL, mostrano che qualsiasi aumento della corrente dell'alone è inaspettatamente compensato da una riduzione della corrente parassita, proprio come le perdite compensano i guadagni in un conto bancario come se fosse un gioco a somma zero.

"Quello che abbiamo scoperto è che cambiare la corrente dell'alone non influisce sulla forza verticale totale, " disse César Clauser, un borsista post-laurea PPPL che ha guidato la ricerca riportata in Fusione nucleare . "Questo è stato un risultato sorprendente e interessante".

Fusion combina elementi leggeri sotto forma di plasma, il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici. I fisici cercano di catturare e controllare la fusione sulla Terra per produrre un sicuro, fonte di energia pulita e praticamente illimitata per la generazione di elettricità.

I ricercatori di PPPL miravano a confrontare il loro modello sofisticato con i risultati dei modelli semplificati che ITER utilizza per calcolare le forze dirompenti. "Un'implicazione da trarre dal nostro studio è che misurare la corrente dell'alone potrebbe essere un proxy per le forze totali, " ha detto il fisico PPPL Nate Ferraro, un coautore del documento con il fisico PPPL Stephen Jardin. "Questo potrebbe portare a una comprensione più completa".

Codice PPPL avanzato

Il codice PPPL avanzato M3D-C1 ha rivelato la stretta relazione tra le forze delle correnti parassite e dell'alone nei plasmi ITER e ha mostrato che la modifica della corrente dell'alone non ha influenzato le forze verticali totali. "Le simulazioni hanno coperto un'ampia gamma di casi di aloni in quanto volevamo cercare lo scenario peggiore, "ha detto Clauser.

Le simulazioni bidimensionali hanno analizzato la forza totale prodotta dalle due correnti ma non la distribuzione delle forze all'interno delle pareti di ITER. Futuri studi tridimensionali modelleranno la distribuzione per cercare percorsi per correnti di alone che le correnti parassite potrebbero non compensare.