La fusione potrebbe essere il futuro dell'energia pulita. Allo stesso modo in cui il sole forza le reazioni tra gli elementi leggeri, come l'idrogeno, per produrre elementi pesanti ed energia termica, la fusione sulla Terra può generare elettricità sfruttando il potere delle reazioni elementari. Il problema è controllare l'uniformità del rapporto di densità degli isotopi dell'idrogeno nel plasma di fusione, la zuppa di elementi che si fonderanno e produrranno energia.

Un team di ricerca in Giappone ha raggiunto una comprensione chiave di questo processo che potrebbe aiutare lo sviluppo e l'uso futuri del plasma da fusione.

Hanno pubblicato i loro risultati il ​​14 gennaio in Lettere di revisione fisica .

I ricercatori si sono concentrati su un rapporto di isotopi di idrogeno, o versioni a peso variabile dell'idrogeno, nel plasma prodotto nel Large Helical Device (LHD) del National Institute for Fusion Science (NIFS). Il plasma era costituito da idrogeno e deuterio, che pesa il doppio dell'idrogeno. Comprendendo come questo plasma si mescola, i ricercatori possono iniziare a prevedere come il plasma futuro costituito da deuterio e trizio, che pesa tre volte l'idrogeno, può comportarsi.

"Nel nucleo del plasma di fusione, è più desiderabile avere una divisione uniforme tra deuterio e trizio perché dà il più alto potere di fusione, " ha detto l'autore della carta Katsumi Ida, un professore sia presso il National Institute for Fusion Science che presso la Graduate University for Advanced Studies. "Però, possiamo solo controllare il rapporto isotopico al bordo del plasma, non nel nucleo. Abbiamo deciso di indagare se il rapporto isotopico è uniforme in tutta la miscela. Se non lo è, possiamo renderlo uniforme?"

Ida e il suo team hanno scoperto che l'uniformità è determinata da come si muovono gli isotopi. Detto stato turbolento, Gli isotopi interessati dalla turbolenza del gradiente di temperatura ionica (ITG) erano molto più uniformi degli isotopi sottoposti a turbolenza in modalità a elettroni intrappolati (TEM).

"Lo stato dominante ITG è molto più favorevole nel plasma di fusione, " ha detto Ida. "Abbiamo visto la formazione di un profilo di non miscelazione e la sua transizione verso uno stato isotopico uniforme nel plasma, associato all'aumento della turbolenza che si propaga lungo il gradiente di temperatura degli ioni".

La turbolenza ITG comporta un gradiente di temperatura abbinato ai campi magnetici che confinano il plasma di fusione. Gli isotopi si muovono di più se sono nella parte più calda, permettendo agli isotopi di mescolarsi in modo più uniforme. Secondo Ida, questa comprensione potrebbe aiutare i ricercatori a controllare l'uniformità del plasma e aumentare la potenza delle miscele di isotopi del plasma di fusione.

I ricercatori intendono studiare l'uniformità in altri ioni, compreso nell'elio, un elemento prodotto dalla reazione di fusione tra deuterio e trizio.