Plasma di fusione: le turbolenze sono correlate alle fluttuazioni del campo magnetico

Sul bordo del plasma di fusione possono crearsi delle turbolenze simili a una bolla che si gonfiano limitando l’efficienza delle reazioni di fusione. Da una nuova ricerca emergono evidenze di come queste fluttuazioni siano legate al campo magnetico di confinamento.

Al bordo del plasma si trovano delle fluttuazioni molto ampie di densità, temperatura e campo elettrico. È stato precedentemente osservato come tali fluttuazioni abbiano un andamento simile anche con parametri del plasma molto differenti e siano legate alla presenza di strutture coerenti dette blob.

Queste turbolenze si gonfiano sul bordo dei plasmi di fusione e ne fanno scaricare il calore, limitando l’efficienza delle reazioni. I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno ora scoperto una sorprendente correlazione tra le turbolenze e le fluttuazioni del campo magnetico che confina le reazioni di fusione che alimentano il plasma nel nucleo del dispositivo chiamato Tokamak.

 

 

Un Tokamak è un dispositivo che intrappola il plasma grazie al confinamento magnetico

Un Tokamak è un dispositivo che intrappola il plasma grazie al confinamento magnetico che fa circolare il plasma lungo una “ciambella” lo scalda e innesca la fusione, raccogliendo l’energia prodotta sotto forma di calore, assorbito dalle pareti della ciambella stessa.

Ottimizzare l’efficenza della reazione significa fare passi avanti nella sfida che i fisici nucleari combattono da decenni di accendere un microscopico Sole sotto il nostro controllo, la soluzione “brillante” che ci darebbe tutta l’energia di cui abbiamo bisogno.

Le difficoltà tecnologiche però nel realizzarlo sono talmente grandi che circola questa battuta: “fra trent’anni la fusione nucleare ci darà l’energia di cui abbiamo bisogno – e sarà fra trent’anni per sempre”.

Scherzi a parte, non dobbiamo essere pessimisti, ma osservare i passi avanti che si stanno facendo: questa scoperta ne rappresenta uno in particolare per comprendere meglio come superare il problema della perdita di calore dai reattori.

Questi risultati aggiungono un nuovo aspetto alla nostra comprensione della perdita di calore del bordo del plasma in un Tokamak.

ha detto il fisico Stewart Zweben, autore principale di un articolo in Physics of Plasmas che continua

questo lavoro contribuisce anche alla nostra comprensione della fisica dei blob, che può aiutare a prevedere le prestazioni dei reattori a fusione Tokamak.

I ricercatori del PPPL hanno scoperto questo collegamento analizzando nuovamente gli esperimenti condotti nel 2010 sul National Spherical Torus Experiment (NSTX) di PPPL, il precursore dell’attuale National Sferical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). Le chiazze e le fluttuazioni nel campo magnetico, chiamate attività “magnetoidrodinamica (MHD)”, si sviluppano in tutti i Tokamak e sono state tradizionalmente considerate indipendenti l’una dall’altra.

Il primo indizio della correlazione è stata la sorprendente regolarità della traiettoria di alcune grandi macchie inoltre il tempo che intercorreva tra l’apparizione di ogni grande chiazza sul bordo del plasma era quasi sempre lo stesso, praticamente coincidendo con la frequenza dell’attività di MHD dominante sul bordo del plasma.

I ricercatori hanno quindi monitorato i segnali diagnostici dei blob e l’attività MHD in relazione tra loro per misurare quello che viene chiamato il “coefficiente di correlazione incrociata”, che hanno usato per valutare una serie di esperimenti NSTX del 2010. Circa il 10% di quegli esperimenti ha mostrato una correlazione significativa tra le due variabili.

 

 

• MHD-blob correlations in NSTX (aip.scitation.org)
• Tokamak e Stellarator per l’energia del futuro? (scientificast.it)