Il segreto della fusione nucleare è nascosto nel plasma ultra freddo

Un team di fisici della Rice University ha ideato una tecnica in grado di intrappolare il plasma più freddo del mondo utilizzando una bottiglia magnetica, il risultato potrebbe far avanzare la ricerca sulla fusione nucleare, sulla meteorologia spaziale e sull'astrofisica

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La fusione nucleare controllata è un obiettivo che molti paesi del mondo cercano di raggiungere, questo porterebbe alla produzione di energia pulita e illimitata.

Un team di fisici della Rice University ha ideato una tecnica in grado di intrappolare il plasma più freddo del mondo utilizzando una bottiglia magnetica, il risultato potrebbe far avanzare la ricerca sulla fusione nucleare, sulla meteorologia spaziale e sull’astrofisica.

“Per capire come il vento solare interagisce con la Terra, o per generare energia pulita dalla fusione nucleare, bisogna capire come il plasma si comporta in un campo magnetico”, ha detto Tom Killian, decano del Rice di Scienze Naturali.

Killian è l’autore della ricerca sulla cattura del plasma ultra freddo pubblicato nella rivista Physical Review Letters.

Killian e gli studenti laureati Grant Gorman e MacKenzie Warrens utilizzando lo stronzio raffreddato con un laser hanno realizzato un plasma a circa 1 grado sopra lo zero assoluto e lo hanno intrappolato per un breve periodo di tempo grazie a dei potenti magneti.

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È la prima volta che un plasma ultrafreddo viene confinato magneticamente e Killian, che ha studiato i plasmi ultrafreddi per più di due decenni, ha spiegato che quanto ottenuto apre la porta allo studio del plasma in diversi campi di ricerca, dallo studio della fusione nucleare, allo studio dell’atmosfera del Sole.

Plasma ultrafreddo: lo studio del Sole

Lo studio dell’atmosfera del Sole è un settore importante secondo il coautore della ricerca Stephen Bradshaw, astrofisico della Rice specializzato nella ricerca dei fenomeni plasmatici sul Sole.

I fisici che studiano il comportamento del Sole raramente ottengono un’osservazione chiara di caratteristiche specifiche nell’atmosfera solare perché parte di essa si trova tra la fotocamera e quelle caratteristiche, e fenomeni non correlati nell’atmosfera intermedia, oscurano ciò che si vorrebbero osservare

Il plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia, ma a differenza dello stato solido, liquido e gassoso, il plasma non fa parte della nostra vita quotidiana in quanto tende a verificarsi in luoghi con temperature elevate come il Sole, un fulmine o nella fusione nucleare controllata.

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Come quei plasmi caldi, i plasmi studiati da Killian sono “zuppe” di elettroni e ioni, ma sono raffreddati da un laser, una tecnica sviluppata un quarto di secolo fa capace di intrappolare e rallentare la materia per mezzo della luce coerente.

Killian ha spiegato che la configurazione magnetica quadripolare che è stata utilizzata per intrappolare il plasma è una parte standard della configurazione ultrafredda che il suo laboratorio e altri laboratori usano per ottenere plasmi ultrafreddi.

Ma scoprire come intrappolare il plasma con i magneti è stato un problema perché il campo magnetico crea scompiglio con il sistema ottico che i fisici usano per osservare i plasmi ultrafreddi.

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Questo complica notevolmente gli esperimenti e, per rendere le cose ancora più complicate, i campi magnetici cambiano drasticamente in tutto il plasma.

Il comportamento del plasma negli esperimenti è reso ancora più complesso dal campo magnetico. Ed è proprio per questo che la tecnica di cattura potrebbe essere così utile.

Un esempio offerto dalla natura è il vento solare, flussi di plasma ad alta energia provenienti dal Sole che causano l’aurora boreale. Quando il plasma del vento solare colpisce la Terra, interagisce con il campo magnetico del nostro pianeta e i dettagli di queste interazioni non sono ancora compresi.

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Plasmi ultrafreddi nella ricerca della fusione nucleare

Un altro esempio è la ricerca sull’energia da fusione, in cui fisici e ingegneri cercano di ricreare le condizioni esistenti all’interno del Sole per ottenere energia pulita praticamente illimitata.

Killian ha spiegato che la configurazione magnetica del quadrupolo che lui, Gorman e Warrens hanno utilizzato per intrappolare i loro plasmi ultrafreddi è simile ai progetti che i ricercatori sulla fusione nucleare hanno sviluppato negli anni ’60.

Il plasma per la fusione nucleare deve avere una temperatura di circa 150 milioni di gradi Celsius e contenerlo magneticamente è una sfida, in parte a causa delle scarse conoscenze su come il plasma e i campi magnetici interagiscono e si influenzano a vicenda.

Uno dei problemi principali è mantenere il campo magnetico abbastanza stabile per un tempo sufficiente a contenere effettivamente la reazione di fusione nucleare. Non appena il campo magnetico subisce una perturbazione la reazione si interrompe.

Per fare in modo che la fusione nucleare si stabilizzi occorre capire come si comporta il plasma in laboratorio in modo da scoprire come le particelle interagiscono con il campo magnetico.