Migliorato il controllo della fusione nucleare grazie al berillio

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Granuli di Berillio iniettati nel plasma di un tokamak per stabilizzare la fusione nucleare. Un altro passetto verso la produzione di energia da fusione. Il berillio, un metallo duro e argenteo usato da molto tempo nelle macchine a raggi X e nei veicoli spaziali, sta trovando un nuovo ruolo nella ricerca che si occupa di replicare la potenza energetica del Sole. Il berillio è uno dei due materiali principali utilizzati per la schermatura di ITER, un impianto di fusione multinazionale in costruzione in Francia per dimostrare la praticità della fusione. Ora, i fisici del Dipartimento di Fisica del Plasma (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e della General Atomics hanno concluso che l’iniezione di piccoli granuli di berillio in ITER potrebbe aiutare a stabilizzare il plasma che alimenta le reazioni di fusione.

Esperimenti e simulazioni al computer hanno scoperto che l’iniezione di granuli di berillio contribuisce a creare condizioni nel plasma che potrebbero innescare piccole eruzioni chiamate Edge Localized Modes (ELM) (che generano concentrazioni localizzate di plasma ad alta energia con riduzione dell’efficienza del tokamak). Ma se si verificano ​​abbastanza frequentemente, i piccoli ELM prevengono le eruzioni giganti che potrebbero fermare le reazioni di fusione e danneggiare la struttura di ITER.Reattore a fusione nucleare tokamak

Gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di replicare la fusione nucleare che avviene all’interno delle stelle per arrivare ad ottenere la produzione di energia praticamente inesauribile per generare elettricità. Per raggiungere questo obbiettivo è necessario produrre plasma, una zuppa molto calda di elettroni fluttuanti e , o ioni. È la fusione dei nuclei che rilascia l’enorme quantità di energia che si cerca di ottenere.

Negli esperimenti descritti in questo studio, i ricercatori hanno iniettato granelli di carbonio, litio e carburo di boro, metalli leggeri che condividono diverse proprietà del berillio, nel DIII-D National Fusion Facility. “Questi metalli leggeri sono materiali comunemente usati all’interno di DIII-D e condividono diverse proprietà con il berillio“, ha spiegato il fisico del PPPL Robert Lunsford, autore principale del documento che riporta i risultati in materia di energia nucleare. La struttura interna dei tre metalli è simile a quella del berillio, da questo gli scienziati hanno dedotto che tutti questi elementi influenzeranno il plasma di ITER in modi simili. I fisici hanno anche usato campi magnetici per fare in modo che il plasma DIII-D assomigli al plasma come previsto in ITER.

Questi esperimenti sono stati i primi del loro genere. “Questo è il primo tentativo di capire come questi granuli di impurità penetrerebbero in ITER e se siano in grado di apportare un cambiamento di temperatura, densità e pressione adeguato per innescare un ELM“, ha detto Rajesh Maingi, responsabile della ricerca sul plasma presso il PPPL e co-autore del paper. “In effetti sembra proprio che questa tecnica di iniezione dei granuli di questi elementi raggiunga lo scopo.”

Se questi risultati venissero confermati, l’iniezione dei granuli potrebbe ridurre il rischio di ELM di grandi dimensioni in ITER. “La quantità di energia che viene spinta contro le pareti di ITER dagli ELM che si verificano spontaneamente è sufficiente a causare gravi danni alle pareti“, ha detto Lunsford. “Se non compensiamo questo problema, la durata del componente sarebbe inaccettabilmente breve, al punto di richiedere la sostituzione delle parti ogni due mesi“.

Lunsford ha anche usato un programma che ha scritto lui stesso che ha dimostrato che l’iniezione di granuli di berillio del diametro di 1,5 millimetri, circa lo spessore di uno stuzzicadenti, inseriva le piccole impurità nel bordo del plasma ITER in un modo che può innescare piccoli ELM. I granuli di quelle dimensioni vedrebbero una evaporazione parziale sulla loro superficie permettendo al berillio di penetrare in punti del plasma dove i piccoli ELM possono essere più efficacemente attivati.

Il prossimo passo sarà quello di calcolare se le variazioni di densità causate dai granuli di impurità in ITER possano effettivamente innescare un ELM come indicano gli esperimenti e le simulazioni. Questa ricerca è attualmente in corso in collaborazione con esperti internazionali di ITER.

I ricercatori testano l’iniezione di granuli di  come uno dei tanti strumenti, tra cui l’uso di magneti esterni e l’iniezione di pellet di deuterio, per gestire il plasma in strutture di tokamak a forma di ciambella come ITER.

Gli scienziati sperano di condurre esperimenti simili sul Joint European Torus (JET) nel Regno Unito, attualmente il più grande tokamak al mondo, per confermare i risultati dei loro calcoli. Dice Lunsford: “Penso che dovremo lavorare tutti insieme provando una serie di tecniche diverse per mettere davvero gli ELM sotto controllo“.

Fonte: Phys.org

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