Che cos’è un tokamak?

I fisici che si occupano di energia da fusione ritengono che i tokamak siano il principale concetto di confinamento del plasma per le future centrali elettriche a fusione

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Un tokamak è una macchina che confina un plasma usando campi magnetici a forma di ciambella che gli scienziati chiamano toro. I fisici che si occupano di energia da fusione ritengono che i tokamak siano il principale concetto di confinamento del plasma per le future centrali elettriche a fusione.

In un tokamak, le bobine del campo magnetico confinano le particelle di plasma per consentire al plasma di raggiungere le condizioni necessarie per la fusione. Una serie di bobine magnetiche genera un intenso campo “toroidale”, diretto lungo il percorso attorno al toro. Un solenoide centrale (un magnete che trasporta corrente elettrica) crea un secondo campo magnetico diretto lungo la direzione “poloidale”, il percorso più breve attorno al toro.

Le due componenti del campo producono un campo magnetico contorto che confina le particelle nel plasma. Una terza serie di bobine di campo genera un campo poloidale esterno che modella e posiziona il plasma.

I componenti di base includono le bobine di campo toroidale (in blu), il solenoide centrale (in verde) e le bobine di campo poloidale (in grigio). Il campo magnetico totale (in nero) attorno al toroide confina il percorso di viaggio delle particelle di plasma cariche. Credito: immagine per gentile concessione di EUROfusion

Il primo tokamak, T-1, iniziò ad operare in Russia nel 1958. Successivi progressi portarono alla costruzione del Tokamak Fusion Test Reactor presso il Princeton Plasma Physics Laboratory e il Joint European Torus in Inghilterra, entrambi raggiunti il ​​record di potenza di fusione negli anni ’90. Questi successi hanno motivato 35 nazioni a collaborare al superconduttore ITER tokamak, che mira a esplorare la fisica del plasma in fiamme.

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Fatti rapidi sul Tokamak

  • Possono sostenere correnti di plasma a livello di mega-ampere, equivalente alla corrente elettrica nei fulmini più potenti.
  • La potenza di fusione record del mondo di 16 megawatt è stata raggiunta nel tokamak JET in Inghilterra nel 1997.
  • Il solenoide centrale di ITER sarà il più grande magnete superconduttore mai costruito. Produrrà un campo di 13 tesla, equivalente a 280.000 volte il campo magnetico terrestre.

DOE Office of Science: Tokamak Contributions

Il DOE Office of Science sostiene principalmente la ricerca e lo sviluppo sui tokamaks attraverso il suo programma Fusion Energy Sciences (FES) e le partnership FES con il suo programma ASCR (Advanced Scientific Computer Research). 

Il programma FES si concentra sui tokamak a causa dell’eccellente capacità del concetto di confinare il plasma, una caratteristica necessaria per sostenere le reazioni di fusione e realizzare la produzione di energia di fusione. 

L’Office of Science gestisce programmi di ricerca leader a livello mondiale presso strutture come il DIII-D National Fusion Facility e il National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U). FES supporta anche diverse collaborazioni internazionali. Questi includono progetti in Asia e ITER in Francia. Il ruolo di FES in ITER, gestito dall’ufficio progetti ITER degli Stati Uniti, include la fabbricazione del solenoide centrale.