Una sfida chiave per catturare e controllare l'energia di fusione sulla Terra è mantenere la stabilità del plasma, il gas caricato elettricamente che alimenta le reazioni di fusione, e mantenerlo caldo di milioni di gradi per avviare e mantenere le reazioni di fusione. Questa sfida richiede il controllo di isole magnetiche, strutture simili a bolle che si formano nel plasma in impianti di fusione tokamak a forma di ciambella. Queste isole possono crescere, raffreddare il plasma e innescare interruzioni, l'improvviso rilascio di energia immagazzinata nel plasma, che può fermare le reazioni di fusione e danneggiare gravemente le strutture di fusione che le ospitano.

Controllo dell'isola migliorato

La ricerca degli scienziati della Princeton University e del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) punta a un migliore controllo delle fastidiose isole magnetiche in ITER, il tokamak internazionale in costruzione in Francia, e altri futuri impianti di fusione che non possono consentire grandi interruzioni. "Questa ricerca potrebbe aprire la porta a schemi di controllo migliorati precedentemente ritenuti irraggiungibili, " ha detto Eduardo Rodriguez, uno studente laureato al Princeton Program in Plasma Physics e primo autore di un articolo in Fisica dei Plasmi che riporta i risultati.

La ricerca fa seguito al lavoro precedente di Allan Reiman e Nat Fisch, che ha identificato un nuovo effetto chiamato "condensazione di corrente RF [radiofrequenza]" che può facilitare notevolmente la stabilizzazione delle isole magnetiche. Il nuovo Fisica dei Plasmi carta mostra come fare un uso ottimale dell'effetto. Reiman è Distinguished Research Fellow presso PPPL e Fisch è professore all'Università di Princeton e Direttore del Princeton Program in Plasma Physics e Associate Director of Academic Affairs presso PPPL.

Le reazioni di fusione combinano elementi leggeri sotto forma di plasma, lo stato della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, per generare enormi quantità di energia nel sole e nelle stelle. Scienziati di tutto il mondo stanno cercando di riprodurre il processo sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia sicura e pulita per generare elettricità per tutta l'umanità.

La nuova carta, sulla base di un modello analitico semplificato, si concentra sull'uso delle onde RF per riscaldare le isole e guidare la corrente elettrica che le fa rimpicciolire e scomparire. Quando la temperatura diventa sufficientemente alta, possono verificarsi interazioni complicate che portano all'effetto di condensazione della corrente RF, che concentra la corrente nel centro dell'isola e può migliorare notevolmente la stabilizzazione. Ma all'aumentare della temperatura, e il gradiente di temperatura tra il bordo più freddo e l'interno caldo dell'isola diventa più grande, il gradiente può generare instabilità che rendono più difficile aumentare ulteriormente la temperatura.

Punto-contropunto

Questo punto-contropunto è un indicatore importante del fatto che le onde RF raggiungeranno il loro obiettivo di stabilizzazione. "Analizziamo l'interazione tra l'attuale condensazione e l'aumento della turbolenza dal gradiente che il riscaldamento crea per determinare se il sistema è stabilizzato o meno, "Dice Rodriguez. "Vogliamo che le isole non crescano". Il nuovo documento mostra come controllare la potenza e il puntamento delle onde per fare un uso ottimale dell'effetto di condensazione della corrente RF, tenendo conto delle instabilità. Concentrarsi su questo può portare a una migliore stabilizzazione dei reattori a fusione, " ha detto Rodriguez.

I ricercatori hanno ora in programma di introdurre nuovi aspetti nel modello per sviluppare un'indagine più dettagliata. Tali passaggi includono il lavoro svolto per includere l'effetto di condensazione nei codici dei computer per modellare il comportamento delle onde RF lanciate e il loro vero effetto. La tecnica verrebbe infine utilizzata nella progettazione di schemi di stabilizzazione dell'isola ottimali.