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Lo hanno confermato i fisici del US Department of (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory Energy (PPPL) e del Max Planck Institute for Plasma Physics dopo una serie di verifiche che hanno dimostrato come il più avanzato Stellarator in funzione – quello denominato Wendelstein 7-X (W7-X) in Greifswald, Germania – produce campi magnetici di confinamento di grande precisione, perfettamente rispondenti alle complesse specifiche di progetto.
I risultati, pubblicati nel numero di novembre di Nature Communications, hanno rivelato un errore nella deviazione del campo che differisce da quella teorica di una parte su 100.000. Tali risultati indicano la tipologia Stellarator come quella con maggior fattibilità per i futuri reattori a fusione.
La precisione è la qualità del campo magnetico generato (che funge da contenitore per il plasma ad altissima temperatura) è la caratteristica più importante dei reattori a confinamento magnetico allo studio o in costruzione.
Per quanto riguarda i sistemi a confinamento magnetico, oltre alla tecnologia Stellarator, la maggior parte degli sforzi (e degli investimenti) sono indirizzati verso la tecnologia tokamak sulla quale si basa l’esperimento ITER, il più grande reattore a fusione al mondo attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia.
W7-X, per il quale il PPPL è il collaboratore di riferimento negli Stati Uniti, è il più grande e più sofisticato Stellarator al mondo; costruito dal Max Planck Institute for Plasma Physics a Greifswald, è stato completato nel 2015. A questo progetto collaborano anche il DOE’s Oak Ridge and Los Alamos National Laboratories, Auburn University, Massachusetts Institute of Technology, University of Wisconsin-Madison e Xanthos Technologies.
Twisty magnetic fields
Nello Stellarator il plasma viene confinato all’interno di un campo magnetico Twisty o 3D mentre la tecnologia tokamak impiega campi magnetici simmetrici (o 2D). La configurazione Twisty consente agli stellarator di controllare il plasma senza la necessità di indurre corrente anche nel gas, come avviene nella tecnologia tokamak per completare il campo magnetico. In questo modo il rischio che la reazione si blocchi a causa della corrente indotta nel plasma non esiste.
Il PPPL ha giocato un ruolo chiave nel progetto W7-X progettando e realizzando cinque particolari bobine che consentono di settare nel modo ottimale il campo magnetico dello Stellarator e di misurarne orientamento e potenza.
“Abbiamo verificato che la gabbia magnetica funziona esattamente come previsto nelle specifiche di progetto”, ha affermato il prof. Lazerson, che ha guidato la metà degli esperimenti che hanno convalidato la configurazione del campo. “Questo riflette i contributi degli Stati Uniti al progetto W7-X e mette in evidenza la capacità del PPPL di condurre collaborazioni internazionali.” Il supporto per questo lavoro è stato fornito dall’Euratom e dal DOE Office of Science.
Per misurare il campo magnetico, gli scienziati hanno lanciato un fascio di elettroni lungo le linee di campo per poi analizzare una sezione trasversale dell’intera superficie magnetica utilizzando un’asta fluorescente che impattando con gli elettroni ha messo in evidenza la forma della superficie.
Grande fedeltà
I risultati hanno mostrato una notevole fedeltà rispetto al disegno particolarmente complesso del campo magnetico. “A nostra conoscenza,” scrivono gli scienziati che hanno effettuato le misurazioni “si tratta di una precisione senza precedenti, sia in termini di costruzione di un dispositivo per la fusione, che per quanto riguarda una misurazione di una topologia magnetica“.
Il W7-X è la versione più recente del concetto di stellarator, che Lyman Spitzer, un astrofisico della Princeton University e fondatore del PPPL, ideò negli anni ’50 del secolo scorso. Lo Stellarator è stato il precursore del tokamak, ideato un decennio più tardi per rendere più semplice la struttura di confinamento (una ciambella perfetta). Tuttavia i recenti progressi nella teoria del plasma e la potenza di calcolo a disposizione dei progettisti hanno portato ad un rinnovato interesse per la topologia stellarator.
Questi progressi inducono a domandarsi quale sia la strada giusta da imboccare per raggiungere l’obiettivo (ancora molto lontano) della fusione nucleare: la tecnologia tokamak o lo stellarator, oppure, ancora, il confinamento laser del NIF?
