Gli scienziati che cercano di portare sulla Terra l'energia di fusione che guida il sole e le stelle usano onde a radiofrequenza (RF), le stesse onde che portano radio e televisione nelle case, per riscaldare e guidare la corrente nel plasma che alimenta le reazioni di fusione. Gli scienziati hanno ora sviluppato un modo per stabilire il percorso per misurare le onde che potrebbero essere utilizzate per convalidare le previsioni del loro impatto, ponendo le basi per esperimenti futuri potenziati che potrebbero portare a portare energia dalla fusione sulla Terra.

Potenziale svolta

La potenziale svolta, guidato da ricercatori del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), potrebbe portare a esperimenti di follow-up sul National Spherical Tokamak Experiment-Upgrade (NSTX-U), l'esperimento di fusione di punta al PPPL che è in fase di riparazione, così come altri impianti di fusione in tutto il mondo. "Se il nostro metodo funziona, sarebbe uno strumento molto utile per molti reattori a fusione, " ha detto Grant Rutherford, uno studente laureato del primo anno presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) e autore principale di un articolo nel Rassegna di strumenti scientifici che ha scritto come tirocinante presso il DOE Science Undergraduate Laboratory Intern (SULI) della Brown University presso PPPL.

La chiave per prevedere l'impatto delle onde RF è misurare le fluttuazioni, o altalene, creano nella densità dei plasmi di fusione. "Una volta che abbiamo quelle fluttuazioni, saremmo in grado di lavorare a ritroso per vedere quali erano quei campi RF che hanno creato le fluttuazioni, " ha detto Rutherford.

Però, l'alta frequenza delle onde RF fa sì che le oscillazioni si verifichino troppo rapidamente per essere misurate. Quindi i ricercatori hanno creato una "onda di battito" lanciando due onde a frequenze diverse, una tecnica che produceva oscillazioni misurabili. "Se fossimo in grado sia di creare una fluttuazione dell'onda di battito che di misurarla, avremmo un nuovo strumento per convalidare le previsioni per il riscaldamento RF e l'azionamento corrente, "Spiega Rutherford.

Tali misurazioni avrebbero benefici ad ampio raggio. Per esempio, potrebbero facilitare lo studio delle prestazioni degli attuatori a onde RF, ha affermato il fisico PPPL Nicola Bertelli, un coautore del documento, e potrebbe consentire la convalida degli strumenti di calcolo RF sviluppati in tutta la comunità della fusione. Inoltre, disse David Smith, un fisico dell'Università del Wisconsin e coautore dell'articolo, "I nostri calcoli forniscono una valutazione iniziale della tecnica e motivano gli esperimenti di follow-up su NSTX-U".

Le reazioni di fusione combinano elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici che costituisce il 99 percento dell'universo visibile, per generare enormi quantità di energia. La riproduzione e il controllo di questo processo sulla Terra creerebbe una fornitura virtualmente inesauribile di energia sicura e pulita per generare elettricità. La fusione potrebbe diventare un importante contributo alla transizione degli Stati Uniti dai combustibili fossili a una fonte di generazione elettrica a basse emissioni di carbonio.

Testare la tecnica

Rutherford e i coautori hanno testato la loro tecnica creando una versione sintetica di una diagnostica per spettroscopia di emissione di fasci 2D (BES) per valutare le iniezioni RF simulate nel plasma. Il loro scopo era comprendere e migliorare la capacità di misurare le onde del campo RF che creano le oscillazioni.

Andando avanti, "Speriamo che, aumentando la nostra capacità di misurazione, aumenteremo la nostra capacità di comprendere il riscaldamento e gli attuali processi di azionamento, ma lo lasciamo al lavoro futuro, " ha detto Rutherford. Tale lavoro potrebbe anche mostrare se la diagnostica BES su cui gli scienziati hanno basato il loro modello potrebbe misurare le oscillazioni di densità nei plasmi di fusione reali, o se qualche altro diagnostico farebbe meglio il lavoro critico.