Confinamento del plasma: I Tokamak sono progettati per confinare il plasma caldo. Il plasma, uno stato della materia costituito da gas ionizzato, viene tipicamente prodotto riscaldando i gas a temperature estremamente elevate. I Tokamak utilizzano potenti campi magnetici per formare un vaso di confinamento toroidale (a forma di ciambella). Questi campi magnetici impediscono al plasma di entrare in contatto diretto con le pareti della macchina, minimizzando le perdite di energia e le impurità.
Riscaldamento al plasma: I Tokamak utilizzano varie tecniche per riscaldare il plasma a temperature rilevanti per la fusione (oltre 100 milioni di gradi Celsius). Due metodi di riscaldamento comuni sono il riscaldamento ohmico (passaggio di una corrente elettrica attraverso il plasma) e il riscaldamento aggiuntivo (come l'iniezione di un fascio neutro, il riscaldamento a risonanza ciclotronica ionica o il riscaldamento a risonanza ciclotronica elettronica). Il riscaldamento del plasma è fondamentale per raggiungere le condizioni energetiche necessarie affinché avvengano le reazioni di fusione.
Unità corrente: I Tokamak richiedono che una corrente elettrica continua fluisca attraverso il plasma per mantenerne la stabilità e il confinamento. Per pilotare questa corrente, i tokamak impiegano metodi di pilotaggio di corrente non induttivi, come l’iniezione di raggio neutro o le onde a radiofrequenza. Queste tecniche aiutano a sostenere la corrente del plasma senza fare affidamento esclusivamente sul riscaldamento ohmico.
Diagnostica e misurazioni: I Tokamak sono dotati di vari sistemi diagnostici per misurare e analizzare le proprietà del plasma. Questa diagnostica include spettroscopia, interferometria, polarimetria e sonde di particelle. Forniscono informazioni sulla densità del plasma, sulla temperatura, sulla rotazione e sul contenuto di impurità, consentendo agli scienziati di studiare il comportamento del plasma e ottimizzare le condizioni di fusione.
Ricerca sulla fusione: I Tokamak sono fondamentali per la ricerca sulla fusione, che mira a sfruttare la potenza della fusione nucleare come fonte di energia pulita e abbondante. Raggiungendo e sostenendo le reazioni di fusione in modo controllato, i tokamak contribuiscono allo sviluppo di reattori a fusione utilizzabili. I ricercatori utilizzano i tokamak per esplorare diversi regimi del plasma, indagare sulle instabilità, ottimizzare le prestazioni del plasma e dimostrare i principi chiave della fisica della fusione.
Risultati record: I Tokamak hanno raggiunto traguardi significativi nella ricerca sulla fusione. Ad esempio, il Joint European Torus (JET) ha raggiunto una potenza record di fusione di 16 megawatt per 25 secondi nel 1997. Più recentemente, il tokamak EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) in Cina ha stabilito un nuovo record per il mantenimento del plasma ad alta temperatura per 1.056 secondi nel 2021.
In sintesi, le macchine tokamak svolgono un ruolo vitale nella fisica del plasma fornendo una piattaforma per il confinamento, il riscaldamento e lo studio dei plasmi ad alta temperatura. Si tratta di strumenti essenziali per la ricerca sulla fusione, che mirano a far progredire la nostra comprensione del comportamento del plasma e ottenere reazioni di fusione controllate per potenziali future applicazioni energetiche.
