I fisici russi dell'Istituto Fisico Tecnico A. F. Ioffe di San Pietroburgo hanno descritto i processi ionici di trasferimento di calore in un tokamak sferico. I risultati dello studio, che avvicina gli scienziati alla risoluzione del problema della fusione termonucleare, sono pubblicati sulla rivista Plasma Physics and Controlled Fusion.
Se gli scienziati riusciranno a realizzare l'idea di fusione termonucleare controllata, l'umanità riceverà una fonte di energia quasi inesauribile. Le centrali a fusione sono riconosciute sicure e rispettose dell'ambiente: rispetto alle centrali nucleari, non hanno reazioni esplosive e, a differenza della combustione degli idrocarburi, non ci sono emissioni di anidride carbonica e ossidi di azoto che contribuiscono al riscaldamento globale e inquinano l'ambiente. Inoltre, i neutroni ottenuti dalla fusione termonucleare possono distruggere i rifiuti radioattivi nelle centrali nucleari.
Gli esperimenti sulla fusione termonucleare vengono condotti in tutto il mondo in installazioni speciali - tokamaks, all'interno dei quali un gas di elementi leggeri - idrogeno, deuterio e trizio - viene riscaldato a una temperatura di 100 milioni di gradi, il che rende possibile formare un plasma - un gas di particelle cariche: ioni ed elettroni. Gli ioni plasma riscaldati entrano in collisione tra loro nello stesso modo in cui accade all'interno del Sole. In questo caso, si formano nuclei di elio e vengono rilasciati neutroni e l'energia dei neutroni, che supera il costo del riscaldamento del plasma, può essere utilizzata nell'industria e nell'ingegneria energetica.
Il compito principale dei fisici è imparare a mantenere il plasma all'interno di installazioni termonucleari utilizzando un forte campo magnetico per un tempo relativamente lungo. E per questo è necessario non solo sapere quali processi stanno avvenendo in questo plasma, ma anche avere la loro descrizione matematica per poterli controllare. Inoltre, la conoscenza dei processi ionici nel plasma è necessaria per la progettazione di grandi strutture come il reattore termonucleare sperimentale internazionale ITER.
L'AF Ioffe Physicotechnical Institute dispone di un'installazione termonucleare sperimentale unica: il tokamak sferico Globus-M, progettato per studiare il comportamento del plasma in condizioni di laboratorio e non in modalità reattore.
Il personale dell'Istituto ha studiato e descritto il processo di scambio termico ionico nel plasma del Globus-M tokamak. Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione del Programma presidenziale di progetti di ricerca della Russian Science Foundation (RSF).
“Abbiamo confermato che le peculiarità dei processi fisici nel plasma del tokamak sferico Globus-M impediscono il verificarsi di ulteriori perdite di calore attraverso il canale ionico dovute alla turbolenza del plasma. Ciò significa che un'installazione di questo tipo è una buona base per creare una sorgente compatta di neutroni termonucleari”, ha citato in un comunicato della Russian Science Foundation il capo della ricerca, candidato di scienze fisiche e matematiche Gleb Kurskiev.
Migliore è il riscaldamento del plasma, più efficiente è la fusione, e questo richiede un forte campo magnetico e una corrente elettrica che scorre attraverso il plasma. Al contrario, la turbolenza degli ioni plasma interferisce con il riscaldamento efficace: invece di collisioni utili, gli ioni vengono deviati e lasciano il plasma, che viola il suo isolamento termico. Nel loro lavoro, gli scienziati hanno valutato il grado di trasferimento di calore nel tokamak sferico Globus-M.
Video promozionale:
“Il modello sperimentalmente provato per il calcolo dei parametri del riscaldamento del plasma ci consentirà di progettare una sorgente compatta di neutroni ad alta energia che può essere utilizzata per la fissione di nuclei pesanti. L'energia può anche essere ottenuta nel processo. La nostra ricerca accelererà in modo significativo lo sviluppo e l'implementazione di sistemi nucleari più efficienti utilizzando processi di fusione e fissione”, spiega Gleb Kurskiyev.
La ricerca degli scienziati integra le conoscenze fondamentali acquisite dagli esperimenti su installazioni simili europee e americane. Combinando i risultati degli esperimenti, in futuro sarà possibile progettare un dispositivo più avanzato per le reazioni di fusione nucleare, affermano gli scienziati.
