Il fisico Walter Guttenfelder con le cifre del documento che ha scritto con i ricercatori PPPL, inclusi i membri del team NSTX-U e 23 istituzioni collaborative in tutto il mondo. Credito:Elle Starkman/PPPL Office of Communications; collage di Kiran Sudarsanan.
Secondo recenti simulazioni e analisi, l'impianto di fusione di punta del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) potrebbe fungere da modello per un impianto pilota di fusione di prossima generazione economicamente attraente. L'impianto pilota potrebbe diventare il prossimo passo degli Stati Uniti per raccogliere sulla Terra l'energia da fusione che guida il sole e le stelle come fonte di energia sicura e pulita per la generazione di elettricità.
La comunità statunitense della fusione ha recentemente sollecitato uno sforzo immediato per progettare e costruire un impianto pilota conveniente per generare elettricità negli anni '40 del 2000. Le capacità uniche dell'ammiraglia PPPL, il National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), attualmente in riparazione, hanno reso il suo design un candidato per quel ruolo. "Si tratta di cercare di prevedere se questo percorso è favorevole per un impianto pilota conveniente e oltre", ha affermato il fisico principale Walter Guttenfelder, autore principale di un articolo sulla rivista Fusione nucleare che dettaglia le ultime scoperte.
La fusione produce una vasta energia combinando elementi luminosi come l'idrogeno sotto forma di plasma, lo stato caldo e carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici o ioni. Il plasma compone il 99% dell'universo visibile e alimenta le reazioni di fusione che producono calore e luce che creano e sostengono la vita sulla Terra.
L'NSTX-U di forma sferica produce plasmi ad alta pressione necessari per le reazioni di fusione in una configurazione relativamente compatta ed economica. Le capacità operative della struttura sono notevolmente migliorate rispetto al suo predecessore pre-aggiornato. "La motivazione principale per NSTX-U è di spingersi fino a potenze ancora più elevate, campi magnetici più elevati che supportano plasmi ad alta temperatura per vedere se le tendenze favorevoli osservate in precedenza continuano", ha affermato Guttenfelder.
Teorie, analisi e modelli recenti del team di ricerca NSTX-U prevedono che molte di queste tendenze dovrebbero essere dimostrate nei nuovi esperimenti NSTX-U. Le condizioni operative previste per NSTX-U includono quanto segue:
Avvio del plasma
La modellazione è stata sviluppata per ottimizzare in modo efficiente l'iniziazione e l'accelerazione del plasma, ed è stata applicata per aiutare un impianto di tokamak sferico nel Regno Unito a produrre il suo primo plasma.
Capire il vantaggio del plasma
Nuovi modelli simulano la dinamica tra il bordo del plasma e la parete del tokamak che può determinare se il nucleo del plasma raggiungerà le temperature di 150 milioni di gradi necessarie per produrre reazioni di fusione.
Applicare l'intelligenza artificiale
L'apprendimento automatico dell'intelligenza artificiale ha sviluppato un percorso rapido per l'ottimizzazione e il controllo delle condizioni del plasma che corrispondono strettamente agli obiettivi dei test previsti.
Tecniche innovative
Le simulazioni suggeriscono molte nuove tecniche per schermare i componenti interni dell'NSTX-U dalle esplosioni di calore di scarico delle reazioni di fusione. Tra questi concetti c'è l'uso del litio vaporizzato per ridurre l'impatto del flusso di calore.
Rendimento stabile
Gli studi hanno rilevato che una finestra per le prestazioni di NSTX-U può rimanere stabile di fronte a instabilità che potrebbero degradare le operazioni.
Cosa evitare
Una maggiore comprensione delle condizioni da evitare deriva dall'eccellente accordo tra la gamma prevista di plasmi instabili e un'ampia base di dati sperimentali.
Sono stati quindi compiuti notevoli progressi nella comprensione e nella progettazione di come NSTX-U può far progredire lo sviluppo dell'energia di fusione, la Fusione nucleare dice la carta. "Il prossimo passo", ha detto Guttenfelder, "è vedere se i nuovi esperimenti convalidano ciò che stiamo prevedendo e, in caso contrario, perfezionare le previsioni. Questi passaggi insieme consentiranno proiezioni più sicure per i dispositivi futuri". + Esplora ulteriormente
