Un nuovo passo verso la fusione nucleare. Il controllo delle MHD

Le prestazioni dei plasmi ottenuti con il sistema tokamak sono progressivamente migliorate, tanto che ci si aspetta che ITER, la macchina di nuova generazione attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia, sia in grado di generare una quantità da energia da fusione nucleare fino a dieci volte superiore a quella necessaria ad accendere e mantenere in funzione la macchina.

Queste prestazioni dipendono dalla possibilità di ottimizzare diverse operazioni, fra cui il confinamento del plasma e il controllo delle instabilità magnetofluidodinamiche (MHD).

In particolare, il mancato tempestivo controllo di queste perturbazioni può determinare lo sviluppo di turbolenze più grandi che, se si verificassero ai bordi del flusso di plasma, possono portare al danneggiamento delle pareti del vano di contenimento del plasma.

Quando però le turbolenze si verificano nella parte centrale del plasma, possono innescare i cosiddetti neoclassical tearing modes (NTM), ossia instabilità resistive che rompono le linee di campo magnetico per poi riconnetterle in modo anomalo, portando alla formazione di "isole" di campo magnetico, che incidono fortemente sulla possibilità di generazione di energia. Queste turbolenze sono innescate da ioni molto energetici, tra cui le particelle alfa (nuclei di elio-4) che si creano in seguito ai processi di fusione.

La struttura del Tokamak ITER (Cortesia ITER Organization 2011)

I metodi consolidati per il controllo di queste turbolenze magnetofluidodinamiche consentono un buon controllo dei tempi e dell'ampiezza delle oscillazioni delle MHD, ma sono fortemente "energivori" e riducono altrettanto significativamente l'efficienza del reattore.

Ora un gruppo di ricercatori dell'École Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL) è riuscito a sviluppare un metodo alternativo di controllo delle MHD, descritto in un articolo pubblicato su "Nature Communications" che promette di poter migliorare significativamente la situazione.

I ricercatori hanno sfruttato alcune recenti acquisizioni teoriche sviluppate nell'ambito della magnetofluidodinamica spaziale per mettere a punto sofisticate tecniche di ingegnerizzazione dello spazio delle fasi per applicarle con successo nel Joint European Torus. Manipolando i sistemi ausiliari di riscaldamento degli ioni è infatti possibile creare nuove popolazioni di ioni energetici che possono essere utilizzate per evitare, creando opportune asimmetrie, la formazione di quelle "isole" di campo magnetico generate dalle popolazioni anomale di ioni che si formano spontaneamente, consentendo un funzionamento più sicuro e un rendimento energetico superiore.