Immagine dell'implosione non magnetizzata e immagine magnetizzata - che mostrano che il campo magnetico applicato appiattisce la forma dell'implosione. Credito:Bose et al.
La fusione nucleare è un processo ampiamente studiato attraverso il quale i nuclei atomici di un basso numero atomico si fondono insieme per formare un nucleo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia. Le reazioni di fusione nucleare possono essere prodotte utilizzando un metodo noto come fusione a confinamento inerziale, che prevede l'uso di potenti laser per far implodere una capsula di combustibile e produrre plasma.
I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), dell'Università del Delaware, dell'Università di Rochester, del Lawrence Livermore National Laboratory, dell'Imperial College di Londra e dell'Università di Roma La Sapienza hanno recentemente mostrato cosa succede a questa implosione quando si applica un forte campo magnetico a la capsula di carburante utilizzata per la fusione a confinamento inerziale. Il loro articolo, pubblicato in Physical Review Letters , dimostra che forti campi magnetici appiattiscono la forma delle implosioni di fusione inerziale.
"Nella fusione a confinamento inerziale, una capsula sferica di dimensioni millimetriche viene implosa utilizzando laser ad alta potenza per la fusione nucleare", ha detto a Phys.org Arijit Bose, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "L'applicazione di un campo magnetico alle implosioni può legare le particelle di plasma cariche al campo B e migliorare le loro possibilità di fusione. Tuttavia, poiché il campo magnetico può limitare il movimento delle particelle di plasma solo nella direzione attraverso le linee di campo e non nella direzione lungo le linee di campo applicate, questo può introdurre differenze tra le due direzioni che influiscono sulla forma dell'implosione."
Negli ultimi dieci anni, diversi fisici hanno studiato i possibili effetti delle implosioni di fusione magnetizzante. La maggior parte dei loro studi, tuttavia, erano di natura numerica e non verificavano ipotesi in un contesto sperimentale.
Bose e i suoi colleghi hanno quindi deciso di condurre una serie di test per determinare empiricamente cosa succede alla forma delle implosioni di fusione inerziale sotto una forte magnetizzazione. I loro esperimenti sono stati specificamente progettati per esplorare le proprietà dei plasmi fortemente magnetizzati, producendo condizioni plasmatiche uniche. In queste condizioni, gli ioni plasma e gli elettroni sono entrambi magnetizzati.
"Vale la pena notare che la magnetizzazione degli ioni plasma è molto difficile da ottenere e non è stata studiata con laser ad alta potenza", ha spiegato Bose. "Per condurre i nostri test, abbiamo utilizzato un campo magnetico estremamente elevato di 50 T, molto più elevato di quelli utilizzati negli esperimenti precedenti, e utilizzato shock per guidare gli esperimenti di implosione presso l'impianto laser OMEGA. Abbiamo scoperto, per la prima volta, che questo campo appiattito la forma dell'implosione, in modo tale che diventasse più oblato."
I ricercatori hanno condotto i loro esperimenti presso la struttura laser OMEGA, situata presso il Laboratory for Laser Energetics di Rochester, New York. In particolare, hanno applicato campi B elevati (cioè con intensità 1000 volte superiori a quelle dei tipici magneti a barra), a una capsula sferica di dimensioni millimetriche, che è stata riscaldata a oltre 100 milioni di K utilizzando uno shock laser.
"Il riscaldamento d'urto e il campo B applicato hanno prodotto condizioni plasmatiche uniche con elettroni e ioni fortemente magnetizzati che erano importanti per gli esperimenti", ha detto Bose. "Attraverso simulazioni, abbiamo quindi determinato che questa forma oblata è causata dalla soppressione del flusso di calore (perpendicolare alla direzione del campo magnetico) nel plasma fortemente magnetizzato."
Il recente lavoro di questo team di ricercatori fornisce nuove preziose informazioni sulle implosioni di fusione inerziale e sugli effetti che i campi magnetici possono avere su di esse. In futuro, il metodo che hanno delineato potrebbe essere utilizzato da altri team per produrre elettroni e ioni fortemente magnetizzati in ambienti sperimentali, utilizzando laser ad alta potenza.
"In particolare, siamo stati i primi a osservare che il campo magnetico applicato ha appiattito la forma dell'implosione", ha aggiunto Bose. "Nei nostri prossimi studi, prevediamo di utilizzare la 'ricetta' delineata nel nostro articolo per condurre più esperimenti volti a produrre elettroni e ioni fortemente magnetizzati per studiare l'effetto della magnetizzazione sulle proprietà di trasporto". + Esplora ulteriormente
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