Ricreare il Sole sulla Terra: come i fisici hanno risolto il problema principale della fusione termonucleare

I fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno compiuto un passo importante verso

percorso verso la fusione nucleare.Hanno scoperto la fonte del collasso termico che precede i guasti del reattore. Pertanto, sono responsabili dei danni alle installazioni termonucleari sui tokamak. Lo sviluppo risolverà uno dei problemi più seri sulla strada della fusione termonucleare.

Perché è così importante raggiungere la fusione nucleare?

La fusione nucleare è un processo fisico chealimenta il nostro sole. Si verifica quando gli atomi si scontrano tra loro a temperature e pressioni estremamente elevate, provocando il rilascio di enormi quantità di energia attraverso la fusione con atomi più pesanti.

Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando perfissare e dirigere il processo di fusione atomica sulla Terra al fine di 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 sono intrappolate, mentre altre rotolano giù per le "colline" e colpiscono le pareti dell'oggetto. L'esistenza di queste "colline" è la causa di un rapido collasso termico, il cosiddetto smorzamento termico.

In un nuovo studio, i ricercatori hanno esaminatocollasso in un disordine tridimensionale di forti campi magnetici. Sono utilizzati nelle installazioni termonucleari come sostituti della potente gravità, che mantiene 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 grave violazione, le linee del campo diventano completamente irregolari, "aggrovigliate come spaghetti", scrivono gli scienziati. Per questo motivo, un gran numero di particelle "si attacca" alla parete del tokamak. Il calore risultante può danneggiare le pareti dell'impianto di fusione.

Che cosa hanno fatto gli scienziati?

In un nuovo studio, gli scienziati hanno escogitato,come creare una mappa speciale per comprendere la topologia delle linee di campo. Questo elimina 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.

Quindi, gli scienziati hanno modellato la topologia del termicoraffreddamento come struttura tridimensionale complessa. Sorprendentemente, 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 capirlo.

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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