Nel tentativo di sfruttare la potenza dell'energia di fusione, gli scienziati stanno approfondendo il complesso comportamento dei plasmi all'interno dei dispositivi di fusione. Un fenomeno particolare che ha attirato l'attenzione è la formazione di bolle sui bordi di questi plasmi, note come modalità edge-localizzate (ELM). Queste bolle possono portare a una significativa perdita di calore e particelle, riducendo in definitiva l’efficienza complessiva della reazione di fusione.

Per acquisire una comprensione più approfondita della fisica alla base degli ELM, i ricercatori dell’Istituto Max Planck per la fisica del plasma (IPP) e dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hanno condotto approfondite indagini teoriche e simulazioni numeriche. I loro risultati forniscono nuove informazioni sulle dinamiche e sull'impatto degli ELM nei plasmi di fusione.

Risultati principali:

Avvio e crescita dell’ELM:

Il gruppo di ricerca ha identificato le condizioni specifiche in cui gli ELM iniziano e crescono. Queste condizioni implicano una combinazione di elevata pressione del plasma e un particolare orientamento del campo magnetico. Questa conoscenza è fondamentale per sviluppare strategie per controllare la presenza di ELM e mitigarne gli effetti.

Impatto sull'efficienza della reazione di fusione:

Le simulazioni hanno rivelato che gli ELM possono ridurre l’efficienza della reazione di fusione fino al 25%. Questa perdita è attribuita alle perdite di calore e particelle associate allo scoppio delle bolle di ELM. L'ottimizzazione del comportamento dell'ELM è quindi essenziale per migliorare le prestazioni complessive dei dispositivi di fusione.

Leggi di scala per gli ELM:

I ricercatori hanno stabilito leggi di scala che mettono in relazione le caratteristiche degli ELM con parametri del plasma quali temperatura, densità e intensità del campo magnetico. Queste leggi di scala forniscono preziose previsioni su come si comporteranno gli ELM in diverse condizioni di plasma, aiutando nella progettazione e nel funzionamento dei reattori a fusione.

Dinamica delle bolle e trasporto del calore:

Analizzando la dinamica delle bolle ELM, il team ha acquisito informazioni sui meccanismi sottostanti responsabili del trasporto di calore e della perdita di energia. Questa comprensione può favorire lo sviluppo di tecniche di controllo mirate per ridurre al minimo le perdite legate all’ELM.

Conclusione:

Le ricerche teoriche e le simulazioni numeriche condotte dai ricercatori dell'IPP e dell'EPFL hanno fatto avanzare significativamente la nostra comprensione degli ELM nei plasmi di fusione. Le loro scoperte aprono la strada all'ottimizzazione del comportamento dell'ELM, al miglioramento dell'efficienza complessiva delle reazioni di fusione e all'avvicinarsi alla realizzazione dell'energia di fusione.