Il fisico Roscoe White con le figure della sua carta. Credito:Elle Starkman/PPPL Office of Communications; Collage di Kiran Sidarsanan
L'indagine su un possibile problema critico con gli stellarators magnetici tortuosi, candidati promettenti a fungere da modelli per un impianto pilota di fusione statunitense, ha chiarito il potenziale impatto di una preoccupazione ampiamente trascurata.
La scoperta presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) dimostra come i cambiamenti periodici nella forza e nella forma dei campi magnetici dello stellarator possono, in determinate condizioni teoriche, facilitare la rapida perdita di confinamento delle particelle di plasma ad alta energia che alimentano le reazioni di fusione.
Alta energia
"Se vuoi fare la fusione nucleare devi avere un'alta energia", ha detto il fisico senior della PPPL Roscoe White, autore principale di un Fisica dei plasmi documento che gli editori hanno selezionato come "scilight" o highlight scientifico.
Il suo articolo identifica un nuovo tipo di perdita di particelle energetiche, ha affermato Felix Parra Diaz, capo del dipartimento di teoria del PPPL. "Finora gli studi si sono concentrati sul controllo di altri tipi di perdite energetiche che sono dominanti e ora stiamo cercando di ridurre ulteriormente le perdite di particelle energetiche", ha affermato Parra Diaz. "Il documento su cui si basano questi risultati identifica un meccanismo che dobbiamo includere nella progettazione della forma ottimale dei campi magnetici stellarator.
"Sebbene questo meccanismo sia incluso nelle nostre analisi più dettagliate delle configurazioni dello stellarator tra molti altri effetti, non è stato individuato come un problema che doveva essere affrontato. Non possiamo utilizzare un'analisi dettagliata per l'ottimizzazione dello stellarator a causa del suo costo computazionale. Questo è il motivo per cui L'articolo di Roscoe è importante:identifica il problema e propone un modo efficiente per valutare e ottimizzare la forma dello stellarator per evitarlo. Questo ci dà l'opportunità di sviluppare configurazioni dello stellarator che sono anche migliori di quelle esistenti".
I meccanismi che creano questo problema sono quelle che vengono chiamate "risonanze", che descrivono i percorsi che le particelle seguono mentre orbitano attorno ai campi magnetici che corrono attorno alla macchina. Quando le particelle sono risonanti, ritornano ripetutamente al punto da cui sono partite. Tali ritorni consentono alle instabilità, o modalità, nel gas plasma caldo e carico di creare quelle che vengono chiamate isole nel percorso delle orbite, consentendo alle particelle e alla loro energia di sfuggire al confinamento.
White ha utilizzato un codice software ad alta velocità per cercare instabilità chiamate "modalità Alfven" che possono creare isole nei tokamak a forma di ciambella, che sono strutture sperimentali di fusione più ampiamente utilizzate. "Così ho pensato, 'Va bene', andrò anche a guardare gli stellarator", ha detto. E in stellarators, "sta succedendo qualcosa di molto diverso", ha scoperto.
Modalità non necessarie
"Si scopre che in uno stellarator non hai bisogno di modalità", ha detto White. "Negli stellarator, quando il numero di cambiamenti periodici nell'orbita delle particelle risonanti ad alta energia corrisponde al numero di cambiamenti periodici nel campo magnetico, possono verificarsi perdite di particelle", ha affermato. "È come spingere un bambino su un'altalena. Quando vuoi che il bambino oscilli sempre più in alto, ogni volta che l'altalena torna da te, la spingi di nuovo, ed è una spinta in risonanza", ha detto.
Per White, "Finora il problema è che le persone si sono concentrate sulla forma del campo magnetico. Ma le particelle orbitanti ad alta energia si spostano attraverso il campo, quindi devi considerare anche le orbite delle particelle".
Andando avanti, ha detto, "per vedere se le risonanze delle particelle negli stellarators corrispondono al periodo del campo magnetico deve entrare in condizioni di progettazione per trovare un buon reattore". + Esplora ulteriormente
