I Tokamak sono dispositivi usati in fusione con confinamento magnetico. In queste reazioni, un potente campo magnetico viene utilizzato per controllare e contenere il plasma del combustibile di fusione caldo nel nocciolo del reattore. Il plasma viene riscaldato ad alte temperature mediante iniezione di fascio neutro o riscaldamento a radiofrequenza. L'obiettivo principale è mantenere uno stato di plasma stabile in cui le reazioni di fusione possano avvenire continuamente, fornendo una fonte illimitata di energia.
Un recente studio condotto da scienziati dell'Oakridge National Laboratory (ORNL), del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e della Tokamak Energy Ltd segna un importante passo avanti nella ricerca sull'energia da fusione. Il team ha raggiunto temperature di quasi 100 milioni di gradi Celsius, necessarie alle centrali elettriche a fusione per produrre energia commerciale.
Inoltre, hanno raggiunto temperature elevate in un tokamak compatto, cosa che nessuno aveva mai fatto prima!
In questo studio, gli scienziati si sono concentrati sul miglioramento delle condizioni operative di un tokamak sferico ad alto campo (ST) chiamato ST40. Rispetto ad altri dispositivi termonucleari, il dispositivo ST40 si distingue per le dimensioni ridotte e il plasma sferico.
Il team ha utilizzato un approccio simile a quello utilizzato negli anni '1990 al tokamak TFTR, che ha generato più di 10 milioni di watt di potenza di fusione. L'ST40 operava in un campo magnetico toroidale (a forma di ciambella) con un'intensità appena superiore a 2 Tesla.
Per riscaldare il plasma, il team ha utilizzato 1,8 milioni di watt di particelle neutre ad alta energia. Sebbene la scarica di plasma, o il periodo in cui si stavano verificando attivamente le reazioni termonucleari, sia durata solo 0,15 secondi, la temperatura degli ioni nel nucleo ha raggiunto più di 100 milioni di gradi Celsius.
Per misurare le temperature degli ioni, il team ha utilizzato il codice di trasporto TRANSP sviluppato presso PPPL. Questo codice è utile perché tiene conto dei profili di temperatura misurati delle impurità e del deuterio, il principale combustibile utilizzato nei reattori a fusione.
Hanno scoperto che l'intervallo di temperatura per le impurità supera gli 8,6 keV (circa 100 milioni di gradi Celsius), mentre l'intervallo di temperatura per il deuterio è vicino a questo valore. Questa scoperta suggerisce che il metodo di riscaldamento utilizzato nell'esperimento è stato efficace nel raggiungere le alte temperature desiderate.
I risultati danno ottimismo per il futuro sviluppo di centrali termonucleari basate su tokamak sferici compatti ad alto campo. Questi progressi potrebbero portare a soluzioni più efficienti ed economicamente sostenibili nel campo dell'energia da fusione, offrendo un percorso promettente verso la produzione di energia sostenibile e pulita.
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