Il fisico del PPPL Novimir Pablant. Credito:Elle Starkman/PPPL Office of Communications.
Un ostacolo chiave per i dispositivi di fusione chiamati stellarator, strutture tortuose che cercano di sfruttare sulla Terra le reazioni di fusione che alimentano il sole e le stelle, è stata la loro capacità limitata di mantenere il calore e le prestazioni del plasma che alimenta tali reazioni. Ora la ricerca collaborativa degli scienziati del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e del Max Planck Institute for Plasma Physics a Greifswald, Germania, hanno scoperto che lo stabilimento Wendelstein 7-X (W7-X) a Greifswald, il più grande e avanzato stellarator mai costruito, ha dimostrato un passo fondamentale per superare questo problema.
Struttura all'avanguardia
La struttura all'avanguardia, costruito e ospitato presso il Max Planck Institute for Plasma Physics con PPPL come principale collaboratore degli Stati Uniti, è progettato per migliorare le prestazioni e la stabilità del plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, o ioni, che costituisce il 99 percento dell'universo visibile. Le reazioni di fusione fondono gli ioni per rilasciare enormi quantità di energia, il processo che gli scienziati stanno cercando di creare e controllare sulla Terra per produrre energia pulita e virtualmente illimitata per generare elettricità per tutta l'umanità.
Recenti ricerche sul W7-X miravano a determinare se il design della struttura avanzata potesse mitigare la perdita di calore e particelle dal nucleo del plasma che ha rallentato a lungo l'avanzamento degli stellarator. "Questa è una delle domande più importanti nello sviluppo di dispositivi di fusione stellarator, " ha detto il fisico PPPL Novimir Pablant, autore principale di un articolo che descrive i risultati in Fusione nucleare .
Il suo lavoro convalida un aspetto importante dei risultati. La ricerca, combinato con i risultati di un documento accettato dal fisico di Max Planck Sergey Bozhenkov e un documento in fase di revisione dal fisico Craig Beidler dell'istituto, dimostra che il design avanzato in effetti modera la perdita. "I nostri risultati hanno mostrato che abbiamo avuto un primo assaggio dei nostri regimi fisici mirati molto prima del previsto, " ha detto il fisico di Max Planck Andreas Dinklage. "Ricordo la mia eccitazione nel vedere i dati grezzi di Novi nella sala di controllo subito dopo lo scatto. Ho subito capito che era uno dei rari momenti nella vita di uno scienziato in cui le prove che misuri mostrano che stai seguendo la strada giusta. Ma anche adesso c'è ancora molta strada da fare".
Problema comune
La perdita, chiamato "trasporto, " è un problema comune agli stellarator e ai dispositivi a fusione più diffusi chiamati tokamak che tradizionalmente hanno affrontato meglio il problema. Due condizioni danno luogo al trasporto in queste strutture, che confinano il plasma nei campi magnetici intorno ai quali orbitano le particelle.
Queste condizioni sono:
I progettisti dello stellarator W7-X hanno cercato di ridurre il trasporto neoclassico modellando con cura il complesso, bobine magnetiche tridimensionali che creano il campo magnetico di confinamento. Per testare l'efficacia del progetto, i ricercatori ne hanno studiato aspetti complementari.
Pablant ha scoperto che le misurazioni del comportamento del plasma nei precedenti esperimenti W7-X concordavano bene con le previsioni di un codice sviluppato da Matt Landreman dell'Università del Maryland che è parallelo a quelli utilizzati dai progettisti per modellare le bobine W7-X attorcigliate. Bozhenov ha dato un'occhiata dettagliata agli esperimenti e Beidler ha fatto risalire il controllo della perdita al design avanzato dello stellarator.
"Questa ricerca convalida le previsioni su quanto bene il design ottimizzato del W7-X riduca il trasporto neoclassico, " Disse Pablant. In confronto, Ha aggiunto, "Gli stellaratori non ottimizzati hanno fatto molto male" nel controllare il problema.
Ulteriori vantaggi
Un ulteriore vantaggio del design ottimizzato è che rivela da dove proviene la maggior parte del trasporto nello stellarator W7-X. "Questo ci permette di determinare quanto trasporto turbolento sta avvenendo nel nucleo del plasma, " Pablant ha detto. "La ricerca segna il primo passo per dimostrare che i progetti di stellarator ad alte prestazioni come il W-7X sono un modo interessante per produrre un reattore a fusione pulito e sicuro".
