Un gruppo di ricercatori guidati da Chang Liu del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno svelato un approccio promettente per mitigare i dannosi elettroni in fuga creati dalle interruzioni nei dispositivi di fusione tokamak. La chiave dell’approccio è stato lo sfruttamento di un tipo unico di onda di plasma che porta il nome dell’astrofisico Hannes Alfvén, premio Nobel nel 1970.
Il potenziale delle onde di Alfvén
È noto da tempo che le onde di Alfvén allentano il confinamento delle particelle ad alta energia nei reattori tokamak, consentendo ad alcune di fuoriuscire e riducendo l’efficienza dei dispositivi a forma di ciambella. Tuttavia, le nuove scoperte di Chang Liu e dei ricercatori della General Atomics, della Columbia University e del PPPL hanno scoperto risultati benefici nel caso degli elettroni in fuga.
La scoperta degli scienziati
Gli scienziati hanno scoperto che tale allentamento può diffondere o disperdere gli elettroni ad alta energia prima che possano trasformarsi in valanghe che danneggiano i componenti del tokamak. Si è ritenuto che questo processo fosse straordinariamente circolare: le fughe creano instabilità che danno origine alle onde di Alfvén che impediscono la formazione della valanga.
Liu è ricercatore presso il PPPL e autore principale di un articolo che descrive in dettaglio i risultati in Physical Review Letters. L’esperto ha spiegato tramite alcune dichiarazioni riportate da SciTechDaily.com: “Queste scoperte forniscono una spiegazione completa per l’osservazione diretta delle onde di Alfvén negli esperimenti di disgregazione. I risultati stabiliscono un legame distinto tra queste modalità e la generazione di elettroni in fuga”.
La teoria dei ricercatori
I ricercatori hanno derivato una teoria per la notevole circolarità di queste interazioni. I risultati sono stati davvero ammirevoli e i test della teoria si sono rivelati positivi anche sul supercomputer Summit dell’Oak Ridge National Laboratory.
“Il lavoro di Chang Liu mostra che la dimensione della popolazione di elettroni in fuga può essere controllata da instabilità guidate dagli stessi elettroni in fuga”, ha affermato Felix Parra Diaz, capo del dipartimento di teoria del PPPL. “La sua ricerca è molto entusiasmante perché potrebbe portare a progetti di tokamak che mitigano naturalmente il danno degli elettroni in fuga attraverso instabilità intrinseche”.
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Le interruzioni iniziano con bruschi cali delle temperature di milioni di gradi necessarie per le reazioni di fusione. “Il controllo delle interruzioni rappresenta una sfida fondamentale per il successo dei tokamak”, ha affermato Liu. Le reazioni di fusione combinano elementi leggeri sotto forma di plasma – lo stato caldo e carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici chiamati ioni – per rilasciare la vasta energia che alimenta il sole e le stelle. Mitigare il rischio di interruzioni e di elettroni in fuga fornirebbe quindi un vantaggio singolare per gli impianti tokamak progettati per riprodurre il processo. Passi da gigante sicuramente, ma c’è ancora molto su cui lavorare.
