Pensa ai filamenti delle lampadine che si illuminano quando premi un interruttore. Quel bagliore si verifica anche negli impianti di fusione magnetica noti come tokamak, progettati per sfruttare l'energia che alimenta il sole e le stelle. Comprendere come la resistività, il processo che produce il bagliore, colpisce questi dispositivi potrebbe aiutare gli scienziati a progettarli per operare in modo più efficiente.

I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno utilizzato supercomputer e un codice di computer all'avanguardia per simulare il plasma nei dispositivi di fusione in una gamma di condizioni più ampia che mai. Questa nuova funzionalità aiuta i ricercatori a prevedere quando il plasma dovrebbe essere calmo e quando dovrebbe mostrare esplosioni occasionali di energia dal bordo del plasma note come modalità localizzate ai bordi (ELM). Le nuove simulazioni hanno rivelato inaspettatamente che il verificarsi di questi burst può essere fortemente influenzato dalla resistività del plasma, la proprietà di un materiale che ostacola il flusso di corrente elettrica. Questa scoperta sembra spiegare perché gli ELM compaiono in alcuni tokamak quando non erano previsti.

Fusion combina elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

"I precedenti codici informatici non potevano simulare il comportamento del plasma con la precisione che vorremmo, " ha detto il fisico PPPL Andreas Kleiner, autore principale di un articolo che riporta i risultati in Fusione nucleare . "Ma il modello presentato in questo documento produce simulazioni migliorate che potrebbero aiutarci a imparare come stabilizzare in modo più efficace il plasma ed estrarne il calore per produrre elettricità".

I ricercatori hanno studiato i tokamak sferici, strutture compatte per la fusione che assomigliano più alle mele senza torsolo che alla forma a ciambella dei tokamak convenzionali. I tokamak sferici hanno dimensioni ridotte e producono un confinamento del plasma conveniente. "L'idea è che si possa ottenere più potenza di fusione a un costo inferiore, " ha detto il fisico PPPL Nathaniel Ferraro, un coautore del documento.

Il codice del computer aggiornato sviluppato da Kleiner potrebbe migliorare i tokamak sferici aiutando a prevedere le esplosioni di plasma note come modalità localizzate ai bordi (ELM). Queste esplosioni assomigliano a brillamenti solari ed espellono grandi quantità di particelle che raffreddano il plasma e possono danneggiare i componenti interni del tokamak. La previsione degli ELM potrebbe aiutare i ricercatori a personalizzare il plasma per evitare gli ELM e, infine, a regolare il plasma al volo per ridurre al minimo i loro effetti dannosi.

"Questo è un passo importante verso la costruzione di una centrale elettrica a fusione, " ha detto Kleiner. "Poiché l'energia in questi dispositivi sarà molto grande, Gli ELM potrebbero mettere in pericolo la struttura della macchina. Dobbiamo essere in grado di prevedere il comportamento del plasma nel modo più accurato possibile per queste strutture".