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Gli scienziati hanno scoperto il notevole impatto dell'inversione di un metodo standard per combattere un ostacolo chiave alla produzione di energia da fusione sulla Terra. I teorici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno proposto di fare esattamente l'opposto della procedura prescritta per migliorare nettamente i risultati futuri.
Fori di strappo nel plasma
Il problema, chiamato "modalità di strappo bloccata", si verifica in tutti i tokamak odierni, strutture magnetiche a forma di ciambella progettate per creare e controllare la potenza di fusione virtualmente illimitata che guida il sole e le stelle. Le modalità causate dall'instabilità ruotano con il plasma caldo e carico - il quarto stato della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici che alimenta le reazioni di fusione - e lacerando buchi chiamati isole nel campo magnetico che confina il gas, consentendo la fuoriuscita del calore chiave .
Queste isole diventano più grandi quando le modalità smettono di ruotare e si bloccano in posizione, un tasso di crescita che aumenta la perdita di calore, riduce le prestazioni del plasma e può causare interruzioni che consentono all'energia immagazzinata nel plasma di colpire e danneggiare le pareti interne del tokamak. Per evitare tali rischi, i ricercatori ora trasmettono microonde nel plasma per stabilizzare le modalità prima che possano bloccarsi.
Tuttavia, i risultati del PPPL suggeriscono fortemente che i ricercatori stabilizzino le modalità nei grandi tokamak di nuova generazione dopo che si sono bloccati. Nei tokamak odierni, "queste modalità si bloccano più rapidamente di quanto la gente avesse pensato e diventa molto più difficile stabilizzarle mentre stanno ancora ruotando", ha affermato Richard Nies, uno studente di dottorato nel programma di Princeton in Plasma Physics e autore principale di un Fusione nucleare documento che espone i risultati sorprendenti.
Un altro inconveniente, ha aggiunto, è che "queste microonde aumentano la loro larghezza rifrangendo il plasma, rendendo la stabilizzazione della modalità mentre sta ruotando ancora meno efficiente oggi, e questo problema è diventato più esacerbato negli ultimi anni".
Ad accompagnare questi problemi c'è il fatto che nei grandi futuri tokamak come ITER, la struttura internazionale in costruzione nel sud della Francia, "il plasma è così grande che la rotazione è molto più lenta e queste modalità si bloccano abbastanza rapidamente quando sono ancora piuttosto piccole ", ha detto Nies. "Quindi sarà molto più efficiente cambiare il pacchetto di stabilizzazione nei grandi tokamak futuri e lasciare che prima si blocchino e poi li stabilizzino."
Tale inversione potrebbe facilitare il processo di fusione, che gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di riprodurre. Il processo combina elementi luminosi sotto forma di plasma per rilasciare grandi quantità di energia. "Questo fornisce un modo diverso di vedere le cose e potrebbe essere un modo molto più efficace per affrontare il problema", ha affermato Allan Reiman, un illustre ricercatore e coautore del documento. "Le persone dovrebbero prendere più sul serio la possibilità di consentire alle isole di chiudersi", ha affermato Reiman.
Prossimo all'interruzione
È improbabile che la tecnica consigliata funzioni nei tokamak odierni perché le isole in modalità tearing crescono così velocemente e sono così grandi quando si bloccano in queste strutture che il plasma è vicino a interrompersi una volta che si è bloccato. Ecco perché i ricercatori devono ora utilizzare grandi quantità di energia per stabilizzare le modalità a costo di limitare la produzione di fusione. Al contrario, la lenta crescita delle isole nei tokamak di nuova generazione "lascia molta strada da fare prima che si verifichi un'interruzione, quindi c'è molto tempo per stabilizzare la modalità", ha affermato Nies.
Una volta che le modalità nei futuri tokamak sono bloccate in posizione, le microonde possono bersagliarle direttamente invece di stabilizzarle solo quando ruotano oltre il raggio di microonde nelle strutture attuali. "Questi calcoli teorici mostrano l'efficienza di ciò che stiamo proponendo", ha sottolineato Nies.
Ciò che ora è necessario sono esperimenti per testare la linea d'azione proposta, ha affermato. "Non vorremmo attivare ITER e solo allora scoprire quale strategia funziona. C'è una reale opportunità di esplorare la fisica che affrontiamo nei dispositivi attuali". + Esplora ulteriormente
