Nella loro continua ricerca per sviluppare una gamma di metodi per la gestione del plasma in modo che possa essere utilizzato per generare elettricità in un processo noto come fusione, i ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno dimostrato come due vecchi i metodi possono essere combinati per fornire una maggiore flessibilità.
Sebbene i due metodi, noti come azionamento della corrente ciclotrone elettronica (ECCD) e applicazione di perturbazioni magnetiche risonanti (RMP), siano stati studiati a lungo, questa è la prima volta che i ricercatori hanno simulato come possono essere utilizzati insieme per fornire un migliore controllo del plasma.
"Si tratta di un'idea nuova", ha affermato Qiming Hu, fisico ricercatore del PPPL e autore principale di un nuovo articolo pubblicato su Nuclear Fusion sul lavoro, che è stato dimostrato anche sperimentalmente. "Le funzionalità complete devono ancora essere individuate, ma il nostro documento fa un ottimo lavoro nel far avanzare la nostra comprensione dei potenziali vantaggi."
In definitiva, gli scienziati sperano di utilizzare la fusione per generare elettricità. In primo luogo, dovranno superare diversi ostacoli, incluso il perfezionamento dei metodi per ridurre al minimo le esplosioni di particelle dal plasma note come modalità edge-localizzate (ELM).
"Periodicamente, queste esplosioni rilasciano un po' di pressione perché è eccessiva. Ma queste esplosioni possono essere pericolose", ha detto Hu, che lavora per PPPL presso il DIII-D National Fusion Facility, una struttura utente DOE ospitata dalla General Atomics. DIII-D è un tokamak, un dispositivo che utilizza i campi magnetici per confinare un plasma di fusione a forma di ciambella. Gli ELM possono porre fine a una reazione di fusione e persino danneggiare il tokamak, quindi i ricercatori hanno sviluppato molti modi per cercare di evitarli.
"Il modo migliore che abbiamo trovato per evitarli è applicare perturbazioni magnetiche risonanti, o RMP, che generano campi magnetici aggiuntivi", ha affermato Alessandro Bortolon, fisico ricercatore principale del PPPL, uno dei coautori dell'articolo.
I campi magnetici generano isole, le microonde le regolano
I campi magnetici inizialmente applicati dal tokamak si avvolgono attorno al plasma a forma di toro, sia nel percorso lungo, attorno al bordo esterno, sia nel percorso breve, dal bordo esterno e attraverso il foro centrale. I campi magnetici aggiuntivi creati dagli RMP viaggiano attraverso il plasma, intrecciandosi dentro e fuori come il punto di una fogna. Questi campi producono campi magnetici ovali o circolari nel plasma chiamati isole magnetiche.
N.C. Logan et al, Accesso a piedistalli tokamak stabili e ad alta pressione utilizzando la corrente di ciclotrone elettronica locale, Fusione nucleare (2023). DOI:10.1088/1741-4326/ad0fbe