Particelle alfa nei plasmi a fusione elicoidale

Particelle alfa nei plasmi a fusione elicoidale

Dimostrazione della capacità di confinamento delle particelle alfa nei plasmi a fusione elicoidale

Un team di scienziati esperti sulla fusione è riuscito a dimostrare che gli ioni energetici con energia nella gamma dei mega volt di elettroni (MeV) sono per la prima volta limitati in un plasma nei sistemi elicoidali. Ciò promette il confinamento delle particelle alfa (ione elio) necessario per realizzare l'energia di fusione in un reattore elicoidale.

La reazione deuterio-trizio in un plasma ad alta temperatura verrà utilizzata in futuro nei reattori a fusione. Le particelle alfa con energia di 3,5 MeV sono generate dalla reazione di fusione. Le particelle alfa trasferiscono la loro energia al plasma e questo riscaldamento delle particelle alfa sostiene le condizioni del plasma ad alta temperatura richieste per la reazione di fusione. Per realizzare un tale plasma, che si chiama plasma che brucia (burning plasma), gli ioni energetici nell'intervallo MeV devono essere confinati in modo superiore nel plasma.

Le simulazioni numeriche hanno predetto i risultati favorevoli del confinamento di ioni MeV in un plasma in sistemi elicoidali che hanno il vantaggio di un funzionamento a regime stabile rispetto ai sistemi tokamak. Tuttavia, la dimostrazione del confinamento di ioni MeV mediante esperimento non era stata riportata.

Recentemente, lo studio, pubblicato su Nuclear Fusion, (1) è stato notevolmente avanzato dall'esperimento di confinamento ionico MeV eseguito nell'operazione al deuterio del dispositivo elicoidale grande ( Large Helical Device - LHD), di proprietà del National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), in Giappone.

Nei plasmi di deuterio, 1 tritone di MeV (tritium ions) viene creato dalle reazioni di fusione deuterone-deuterone. I tritoni hanno un comportamento simile con le particelle alfa generate in un futuro plasma che brucia.

Il gruppo di ricerca guidato dall'assistente professor Kunihiro Ogawa (2) e dal professor Mitsutaka Isobe (3) del NIFS ha eseguito un esperimento di confinamento del tritone MeV in LHD. I tritoni confinati nel plasma subiscono una reazione secondaria ed emettono neutroni ad alta energia per reazione di fusione con deuteroni di fondo (ioni deuterio).

Gli scienziati hanno hannoa sviluppato il rivelatore per la misurazione selettiva dei neutroni ad alta energia per valutare le prestazioni del confinamento ionico MeV. I neutroni ad alta energia sono stati misurati per diverse configurazioni del campo magnetico. Quando l'asse del campo magnetico viene spostato verso l'interno, il confinamento ionico MeV mostra prestazioni migliori. Il risultato ottenuto da questo studio dimostra per la prima volta il confinamento di ioni MeV nei sistemi elicoidali. Ciò promette il confinamento delle particelle alfa necessario per realizzare l'energia di fusione in un reattore elicoidale.

Riferimenti:

(1) Energetic ion confinement studies using comprehensive neutron diagnostics in the Large Helical Device

(2) Kunihiro Ogawa

(3) Mitsutaka Isobe

Descrizione foto: All'interno del grande dispositivo elicoidale. Il plasma ad alta temperatura è limitato dalle due bobine superconduttive elicoidali. - Credit: NIFS.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Demonstration of alpha particle confinement capability in helical fusion plasmas

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