I fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno compiuto un passo importante verso
Perché è così importante raggiungere la fusione nucleare?
La fusione nucleare è un processo fisicoalimenta il nostro Sole. Si verifica quando gli atomi vengono costretti insieme a temperature e pressioni estremamente elevate, provocando il rilascio di enormi quantità di energia fondendosi con atomi più pesanti.
Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorandocatturare e dirigere il processo di fusione atomica sulla Terra per sviluppare una fonte di energia pulita, priva di carbonio e possibilmente inesauribile. Hanno già fatto diversi tentativi, ma solo per pochi secondi. Uno dei motivi è il collasso termico.
Perché si verifica il collasso termico e che cos'è?
Un problema di cui gli scienziati non erano in precedenza a conoscenza nel loro studio del collasso termico è la forma tridimensionale o la topologia delle linee di campo irregolari causate dall'instabilità turbolenta.
Foto: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Ha causato la creazione di minuscole "colline"e “valli”, dove alcune particelle vengono trattenute mentre altre rotolano giù da “colline” e colpiscono le pareti dell’oggetto. L'esistenza di queste "colline" provoca un rapido crollo della temperatura, il cosiddetto tempra termica.
In un nuovo studio, gli scienziati hanno rintracciatocollasso nel disordine tridimensionale di forti campi magnetici. Sono utilizzati negli impianti termonucleari come sostituti della potente gravità, che sostiene le reazioni di fusione nei corpi celesti, ad esempio nel Sole.
Tuttavia, negli esperimenti di laboratorio questi campidisordinato a causa dell’instabilità del plasma. In caso di violazione grave, le linee di campo diventano completamente disordinate, “aggrovigliandosi come spaghetti”, scrivono gli scienziati. Per questo motivo, un gran numero di particelle “si attaccano” alla parete del tokamak. Il calore risultante può danneggiare le pareti dell'impianto di fusione.
Che cosa hanno fatto gli scienziati?
Come parte di un nuovo studio, gli scienziaticapito come creare una mappa speciale per comprendere la topologia delle linee elettriche. Questo livella le “colline” magnetiche. Senza di essi, la maggior parte degli elettroni rimarrebbe intrappolata e non sarebbe in grado di provocare l’estinzione termica osservata negli esperimenti.
Pertanto, gli scienziati hanno simulato la topologia termicaraffreddamento come una struttura tridimensionale complessa. In particolare, hanno evitato le semplificazioni eccessive che così spesso fuorviano i fisici. Questa topologia è notoriamente difficile da comprendere a causa della complessa interazione tra campi elettrici e magnetici. I ricercatori del PPPL hanno utilizzato il codice GTS del laboratorio per comprenderla.
Come funziona?
Il codice modella l'effetto turbolentoinstabilità sul moto delle particelle. Mostra come il campo elettrico creato nelle installazioni lancia particelle tra le linee del campo magnetico e quindi contribuisce al movimento risultante delle particelle intrappolate. Questo è ciò che porta all'estinzione termica.
Perché è così importante?
Un nuovo studio spiega in termini difisica, come il plasma perde energia verso la parete in presenza di linee di campo magnetico. Questo è molto utile per trovare modi innovativi per mitigare o prevenire l'estinzione termica e la rottura del plasma in futuro.
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