Un’innovativa soluzione per aumentare l’efficienza della fusione è stata simulata dagli scienziati, mirando a eliminare le modalità lente che consumano energia durante il riscaldamento del plasma. Attraverso simulazioni 2D, i ricercatori hanno dimostrato che una leggera inclinazione dello schermo di Faraday può ottimizzare il trasferimento di energia, avvicinandoci così alla realizzazione di un’energia di fusione sostenibile.
Riscaldare il plasma per le reazioni di fusione rappresenta una sfida complessa, richiedendo temperature estreme.
Un metodo utilizzato coinvolge l’utilizzo di onde elettromagnetiche, simili a quelle dei forni a microonde, per riscaldare il plasma. Tuttavia, durante la generazione di queste onde, possono formarsi modalità lente che non contribuiscono al riscaldamento del plasma, ma al contrario consumano energia preziosa. Per affrontare questa problematica, gli scienziati del Laboratorio di Fisica del Plasma di Princeton hanno condotto simulazioni avanzate al computer, confermando una tecnica che impedisce la formazione di queste modalità inefficaci, consentendo così una maggiore efficienza nel riscaldamento del plasma per le reazioni di fusione.
Eun-Hwa Kim, fisico ricercatore principale del PPPL, ha sottolineato l’importanza di queste simulazioni 2D, che rappresentano un passo significativo verso un riscaldamento del plasma più efficiente e potenzialmente un percorso più agevole verso l’energia di fusione pratica.
Il team di ricerca, composto anche da esperti di General Atomics operanti con il tokamak DIII-D, ha individuato che inclinare leggermente lo schermo di Faraday rispetto all’antenna che emette le onde di riscaldamento, conosciute come onde helicon, può bloccare la formazione delle modalità lente. Questo è cruciale poiché le modalità lente non possono penetrare le linee del campo magnetico che confinano il plasma, dove avvengono le reazioni di fusione più significative. Inoltre, queste modalità sono facilmente smorzate dal plasma stesso, rendendo inefficace l’energia impiegata per generarle.
Utilizzando il codice informatico Petra-M, i ricercatori hanno simulato la produzione di onde helicon e modalità lente, replicando le condizioni nel tokamak DIII-D.
Attraverso una serie di esperimenti virtuali, è emerso che l’allineamento dello schermo di Faraday con un angolo di cinque gradi o inferiore rispetto all’antenna interrompe efficacemente la propagazione delle modalità lente nel plasma.
Masayuki Ono, fisico ricercatore principale del PPPL, ha sottolineato la sensibilità delle modalità lente all’allineamento dello schermo di Faraday, evidenziando che anche una leggera deviazione dall’angolazione ottimale può favorire la crescita di queste modalità indesiderate.
Queste informazioni potrebbero essere cruciali per ottimizzare il design dei futuri impianti di fusione, rendendo il riscaldamento del plasma più efficiente e potente.
In futuro, gli scienziati prevedono di approfondire la comprensione su come prevenire le modalità lente attraverso simulazioni al computer più dettagliate che considerino ulteriori proprietà del plasma e informazioni sull’antenna. Questo studio, pubblicato su Physics of Plasmas, è stato supportato dall’Ufficio della Scienza del DOE e potrebbe aprire nuove prospettive per l’efficienza delle reazioni di fusione.
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