Immagina un forte vento che soffia contro un albero finché non viene abbattuto. Tale azione imiterebbe il processo che provoca l'esplosione di esplosioni di calore dannose chiamate modalità localizzate ai bordi (ELM) negli impianti di fusione chiamati tokamak, che gli scienziati usano per sviluppare sulla Terra l'energia di fusione che alimenta il sole e le stelle. Tali esplosioni di calore si verificano normalmente quando la pressione sul bordo del gas plasma caldo che alimenta le reazioni di fusione raggiunge un picco, facendo eruttare calore contro le pareti del tokamak, proprio come un albero che finalmente cade in un vento crescente.

Però, i ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno recentemente scoperto che le esplosioni di calore a volte possono verificarsi durante il recupero dalle eruzioni, fornendo nuove informazioni su ciò che scatena le esplosioni. Le scoperte, sulla base dei dati raccolti da esperimenti passati sul DIII-D National Fusion Facility che la General Atomics gestisce per il DOE a San Diego, California, potrebbe aiutare a domare i processi potenzialmente dannosi.

Rete di onde

"Mettendo insieme i puntini, abbiamo scoperto che una rete di onde interagenti gioca improvvisamente un ruolo nel processo degli ELM durante il recupero, " disse Julien Dominiski, un fisico PPPL e autore principale di un articolo che descrive i risultati in Fisica del plasma e fusione controllata . "Queste onde si uniscono e si scambiano bruscamente energia, " Domenico ha detto, "facendo in modo che il 'piedistallo' sul bordo del plasma si schianti e rilasci esplosioni di calore."

Questa rete, che consiste di triadi di onde, è la chiave per l'innesco, ha detto Domenico. "A volte la rete può essere eccitata senza causare il crash improvviso, " ha detto. "Questo ci ha permesso di esaminare la fisica che governa questa nuova immagine".

I risultati derivano dagli sforzi per riprodurre reazioni di fusione che combinano elementi leggeri sotto forma di plasma - lo stato della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici che costituisce il 99 percento dell'universo visibile - per generare enormi quantità di energia nel sole e stelle. I tokamak sono i dispositivi più popolari che gli scienziati di tutto il mondo utilizzano negli esperimenti per catturare e controllare l'energia di fusione, sperando di creare una fornitura virtualmente inesauribile di energia sicura e pulita per generare elettricità.

Immagine emergente

"Le nuove scoperte sono un quadro emergente per il meccanismo di attivazione degli ELM, "ha detto Ahmed Diallo, un fisico PPPL e coautore dell'articolo. "La scoperta di questa rete apre un nuovo capitolo nello studio degli ELM".

In coincidenza con queste reti, i fisici trovarono, sono perturbazioni al bordo del plasma causate da un dispositivo chiamato iniettore a raggio neutro (NBI) che viene utilizzato per riscaldare e alimentare il plasma. Gli intervalli di millisecondi tra le perturbazioni NBI corrispondono agli intervalli tra le occorrenze della rete, gli scienziati hanno notato. "Creare questa connessione è stato entusiasmante e ci ha dato un'idea di un nuovo modo per attivare gli ELM, " hanno detto gli autori.

I ricercatori mirano poi a condurre esperimenti per studiare come possono variare i trigger per gli ELM e testare l'uso dei raggi NBI per controllare i burst. Il supporto per questa ricerca viene dal DOE Office of Science.