Domare l'inferno del Sole: Il controllo del calore del plasma di fusione a 100 milioni di gradi.

Ricercatori dell'Università di Kyoto hanno sviluppato un modello per prevedere e controllare le temperature di rotazione delle molecole di idrogeno nei reattori a fusione. Questa scoperta aiuta a raffreddare il plasma e ottimizzare le prestazioni dei dispositivi a fusione, offrendo spunti per futuri progressi nella generazione di energia da fusione.

Un team internazionale di ricercatori ha scoperto un metodo per prevedere e controllare le temperature di rotazione delle molecole di idrogeno nei reattori a fusione.

Gli esseri umani potrebbero non essere mai in grado di domare il Sole, ma i plasma di idrogeno - che costituiscono la maggior parte dell'interno del Sole - possono essere confinati in un campo magnetico come parte della generazione di energia da fusione: con un avvertimento.

I plasma estremamente ad alta temperatura, tipicamente fino a 100 milioni di gradi Celsius, confinati nei tokamak - reattori a fusione a forma di ciambella - causano danni alle pareti di contenimento di questi mega dispositivi. I ricercatori iniettano idrogeno e gas inerti vicino alla parete del dispositivo per raffreddare il plasma per irraggiamento e ricombinazione, che è l'inverso dell'ionizzazione. La mitigazione del carico termico è fondamentale per prolungare la durata di vita dei futuri dispositivi a fusione.

Comprendere e prevedere il processo delle temperature vibrationali e di rotazione delle molecole di idrogeno vicino alle pareti potrebbe migliorare la ricombinazione, ma finora le strategie efficaci sono rimaste sfuggenti.

Le temperature di rotazione delle molecole di idrogeno desorbite dalla superficie a contatto con il plasma sono state misurate in tre diversi tokamak; sono stati valutati anche gli aumenti di temperatura dovuti ai processi collisionali-radiativi nei plasmi. Credito: KyotoU Global Comms / Taiichi Shikama

Un team internazionale di ricercatori guidato dall'Università di Kyoto ha recentemente trovato un modo per spiegare le temperature di rotazione misurate in tre diversi dispositivi sperimentali di fusione in Giappone e negli Stati Uniti. Il loro modello valuta le interazioni superficiali e le collisioni elettrone-protoni delle molecole di idrogeno.

"Nel nostro modello, ci siamo concentrati sulla valutazione delle temperature di rotazione nei livelli di bassa energia, consentendoci di spiegare le misurazioni effettuate su diversi dispositivi sperimentali", aggiunge l'autore corrispondente Nao Yoneda della Graduate School of Engineering di KyotoU.

Permettendo la previsione e il controllo della temperatura di rotazione vicino alla superficie delle pareti, il team è stato in grado di dissipare il flusso di calore del plasma e ottimizzare le condizioni operative dei dispositivi.

"Dobbiamo ancora capire i meccanismi delle eccitazioni rotazionali-vibrationali dell'idrogeno", riflette Yoneda, "ma siamo stati lieti che la versatilità del nostro modello ci abbia anche consentito di riprodurre le temperature di rotazione misurate riportate in letteratura".