I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno compiuto un progresso significativo nel migliorare le prestazioni degli stellarator, un dispositivo innovativo per la fusione nucleare. Questa nuova scoperta si basa sull'identificazione di una funzione matematica chiamata “Proxy”, che consente di prevedere con grande precisione il comportamento del plasma rovente all'interno di questi dispositivi.

Questa innovazione riduce drasticamente il carico computazionale che fino ad ora impediva previsioni accurate sul plasma negli stellarator, permettendo così di raggiungere livelli di energia più elevati in modo controllato.

La fusione nucleare, il processo che alimenta il sole, prevede il riscaldamento di nuclei atomici leggeri – come gli isotopi di idrogeno – per generare un plasma, un gas estremamente caldo e ionizzato. Per ottenere questo su scala terrestre, i ricercatori stanno esplorando diverse soluzioni: gli stellarator e i tokamak sono i principali contendenti in questa ricerca.

Gli stellarator, in particolare, si stanno affermando come una valida alternativa ai tradizionali tokamak. Entrambi questi dispositivi utilizzano potenti campi magnetici per confinare il plasma in una forma a ciambella, ma differiscono nel metodo di generazione di tali campi.

Nella battaglia tra tokamak e stellarator, i ricercatori spiegano: “I tokamak impiegano serie di bobine per generare una corrente che attraversa il plasma, aumentando il confinamento magnetico. Al contrario, gli stellarator utilizzano molte bobine disposte attorno al plasma, creando campi magnetici complessi senza necessità di una corrente centrale.”

Questa differenza strutturale offre vantaggi significativi agli stellarator, in particolare la capacità di operare in modo stazionario, riducendo i rischi di interruzioni nel processo di confinamento del plasma.

Una delle sfide più ardue nella ricerca sugli stellarator è stata l'ottimizzazione del confinamento delle particelle energetiche all'interno del plasma. Queste particelle sono generate come sottoprodotti delle reazioni di fusione e sono fondamentali per mantenere la temperatura del plasma e garantire l'efficienza del processo. Tuttavia, la loro elevata energia può comportare perdite di energia e danni alle pareti del dispositivo, rendendo cruciale il loro controllo.

Per affrontare questa problematica, i ricercatori del PPPL, collaborando con scienziati dell'Auburn University, del Max Planck Institute for Plasma Physics in Germania e della University of Wisconsin-Madison, hanno sviluppato un innovativo approccio computazionale. Questo nuovo metodo non cerca di simulare i complessi percorsi delle singole particelle, bensì utilizza una funzione proxy per prevedere efficacemente la velocità di fuga delle particelle dal campo magnetico.

Non solo questa funzione proxy migliora notevolmente l'efficienza delle simulazioni, ma consente anche di esplorare diverse configurazioni magnetiche in modo rapido. 'Utilizzando questa funzione, il nostro team ha potuto elaborare una varietà di configurazioni di plasma ottimizzate per il minore rilascio di particelle energetiche', affermano i ricercatori.

La tecnologia degli stellarator ha recentemente visto sviluppi significativi. Thales, un leader nel campo degli stellarator, ha annunciato che il suo girotrone TH1507U ha raggiunto una potenza radiofrequenza record di 1,3 megawatt a una frequenza di 140 gigahertz per 360 secondi. Inoltre, l'azienda francese Renaissance Fusion sta costruendo stellarator che promettono di essere tra i più efficienti e stabili al mondo.

L’ultimo traguardo dei ricercatori del PPPL rappresenta un passo avanti significativo nella ricerca sulla fusione nucleare, avvicinando la realizzazione pratica dell'energia di fusione. Sebbene non ci sia ancora un design specifico pronto per la commercializzazione, questi risultati forniscono indicazioni importanti per future ricerche e sviluppi nel campo.

'In ultima analisi, questi progressi potrebbero consentire agli stellarator di diventare una seria opzione commerciale per l'energia di fusione', concludono i ricercatori, lasciando intravedere un futuro luminoso per l'energia pulita e sostenibile.