Fusione Nucleare: grossi passi avanti con gli Stellarator e nella previsione del comportamento del Plasma

I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno fatto un passo avanti per migliorare le prestazioni degli stellarator, un tipo di dispositivo di fusione. L’avanzamento è collegato all’identificazione di una funzione matematica “Proxy” che permette di prevedere, con una buona approssimazione, come si comporterà il plasma rovente negli stellarator. 

Questo permette l’enorme carico computazionale legato alla previsione del plasma negli stellarator, e quindi si potranno raggiungere livelli di energia più elevati in modo controllato.

La fusione, il processo che alimenta il sole, comporta il riscaldamento di nuclei atomici leggeri, come gli isotopi di idrogeno, per formare un plasma, un gas estremamente caldo e carico.

Per ottenere questo risultato sulla Terra, gli scienziati stanno esplorando diversi approcci: gli stellarator e i tokamak sono i principali contendenti.

Gli stellarator, un tipo di dispositivo di fusione, sono emersi come una promettente alternativa ai tokamak tradizionali.

Entrambi i dispositivi utilizzano potenti campi magnetici per confinare il plasma, un gas caldo e carico, in una forma a ciambella, facilitando la reazione di fusione. Però si differenziano per il modo in cui vengono generati i campi magnetici.

Importanza della ricerca sugli stellarator

“I Tokamak hanno tre grandi serie di bobine di campo magnetico. Una di esse produce una corrente elettrica che attraversa il centro del plasma. Questa corrente elettrica produce un campo magnetico che aumenta la capacità di confinamento del plasma”, spiegano i ricercatori in un comunicato stampa.

“Al contrario, gli stellarator hanno molte bobine di magneti che girano intorno all’esterno del plasma. Formano campi magnetici tortuosi che avvolgono la ciambella, senza bisogno di una corrente centrale”.

Come funziona lo stella

Questa differenza fondamentale conferisce agli stellarator alcuni vantaggi, tra cui un funzionamento intrinseco allo stato stazionario e una ridotta suscettibilità alle interruzioni che possono accadere nel confinamento del plasma.

Una delle principali sfide della ricerca sugli stellarator è stata l’ottimizzazione del confinamento delle particelle energetiche all’interno del plasma. Queste particelle, spesso generate come sottoprodotti delle reazioni di fusione, svolgono un ruolo cruciale nel sostenere la temperatura del plasma e l’efficienza complessiva.

Tuttavia, la loro elevata energia le rende inclini a sfuggire ai campi magnetici di confinamento, causando potenzialmente perdite di energia e danni alle pareti del dispositivo.

Ottimizzazione delle configurazioni del plasma

Per risolvere questo problema, gli scienziati del PPPL, in collaborazione con i ricercatori della Auburn University, del Max Planck Institute for Plasma Physics in Germania e della University of Wisconsin-Madison, hanno sviluppato un approccio computazionale innovativo.

Invece di cercare di simulare i percorsi complessi delle singole particelle, che richiederebbero una potenza di calcolo e un tempo eccessivi, hanno ideato una funzione proxy che predice in modo efficiente la velocità con cui le particelle sfuggono al campo magnetico.

Questa funzione proxy, basata sulla comprensione teorica del comportamento delle particelle in campi magnetici complessi, consente di esplorare rapidamente una vasta gamma di configurazioni magnetiche.

“Utilizzando questa funzione proxy, il team è stato in grado di sviluppare una serie di possibili configurazioni di plasma che avrebbero perso meno particelle energetiche”, hanno sottolineato i ricercatori.

Stellarator realizzato da Thalis

La ricerca sugli stellarator ha registrato notevoli progressi

La sfera della tecnologia degli stellarator ha visto diversi importanti sviluppi negli ultimi tempi.
Thales, un’azienda leader nella tecnologia degli stellarator, ha recentemente annunciato che il suo girotrone TH1507U ha raggiunto una potenza totale di 1,3 megawatt in radiofrequenza a una frequenza di 140 gigahertz per 360 secondi.

In un altro sviluppo, l’azienda energetica francese Renaissance Fusion sta costruendo degli stellarator che, a suo dire, potrebbero essere i reattori a fusione più efficienti, stabili e costanti della Terra.

L’ultimo sviluppo dei ricercatori del PPPL può ottimizzare in modo significativo le prestazioni degli stellarator e avvicinare l’energia di fusione alla realizzazione pratica.

Anche se questi risultati non si traducono direttamente in un design specifico del dispositivo, forniscono indicazioni preziose per le future attività di ricerca e sviluppo.

“Alla fine, potrebbero consentire agli stellarator di diventare un’opzione praticabile per l’energia di fusione commerciale”, conclude il comunicato stampa.