RICONNESSIONE MAGNETICA E FUSIONE NUCLEARE

La fabbrica del Sole

A Princeton cercano di capire in che modo si possano innescare e (domani) governare i fenomeni di riconnessione magnetica. Il futuro della fusione nucleare passa anche per l’astrofisica

La fisica Fatima Ebrahimi. Crediti: Elle Starkman.

Fatima Ebrahimi, ricercatrice del Dipartimento dell’energia statunitense e in forze al Princeton Plasma Physics Laboratory, è l’autrice di un interessante articolo pubblicato a dicembre sulla rivista Physics of Plasmas che mostra come la riconnessione magnetica – il processo che avviene quando due linee di campo magnetico si rompono e si collegano tra loro rilasciando enormi quantità di energia – possa essere innescata dal movimento di vicini campi magnetici.

Secondo le simulazioni a computer è lo stesso dimenarsi del campo magnetico, insomma, misto alle particelle atomiche elettricamente cariche che chiamiamo plasma a scatenare i fenomeni di riconnessione. Quando un fenomeno del genere si verifica sulla superficie di una stella, come il nostro Sole, le linee di campo si spezzano lasciando fuoriuscire potenti getti di plasma nello spazio. Ma qualcosa di simile può accadere anche qui sulla Terra, ad esempio in un tokamak: il reattore da forma di ciambella dove fisici e ingegneri da anni stanno sperimentando la fusione nucleare.

Il sogno di ricreare una piccola stella in laboratorio è affascinante anzitutto dal punto di vista energetico: i vecchi impianti a fissione nucleare costituiscono sì un’alternativa nella produzione energetica ma prevedono complessi piani di gestione delle scorie nucleari; investendo su impianti a fusione nucleare si otterrebbero rendimenti maggiori e meno scorie, con tempi di decadimento almeno dieci volte inferiori al prodotto ottenuto dagli impianti di fissione.

Ebrahimi ha dunque creato il suo modello all’interno di un impianto a ciambella, analogo a quelli dove si sperimenta la fusione. Creando però un vano nel pavimento da cui iniettare linee di campo magnetico per “governare” il plasma durante il processo di fusione.

I risultati della simulazione suggeriscono che la riconnessione avvenga nel modo seguente: le linee di campo seguono il profilo della ciambella fino a “chiudere” l’apertura sul pavimento e trasformando la camera in una bolla magnetica – un plasmoide – che si innerva di energia elettrica.

Ebrahimi sta ampliando le sue ricerche per capire come sfruttare i risultati raccolti per creare un sistema di confinamento del plasma che possa fare a meno del solenoide al centro della ciambella e che, attualmente, con il suo potente campo magnetico in sostanza permette agli scienziati di costruire un piccolo sole, qui sulla Terra, confinandolo nell’angusta cameretta del tokamak.

«Il campo magnetico originario, generato dal solenoide, non è sufficiente di per sé a innescare un fenomeno di riconnessione», spiega Ebrahimi. «È la danza dei campi magnetici secondari ad amplificare il campo magnetico principale e a innescare il fenomeno di riconnessione».

Una scoperta che potrebbe avere importanti ricadute in ambiti molto diversi fra loro e pur, in questo caso, attigui: la ricerca astrofisica, la futura produzione di energia pulita e forse anche la costruzione degli acceleratori di particelle di nuova generazione.

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