Focus

Esperimenti e modelli della diffusione termica nei tokamak

Introduzione
Il problema fondamentale della ricerca sulla fusione nucleare controllata basata sul confinamento magnetico di un plasma di Deuterio e Tritio, consiste nel raggiungere una alta temperatura (~100 Milioni gradi K), che consente lo svilupparsi delle reazioni di fusione e nell'ottenere tempi di "confinamento dell'energia" sufficientemente lunghi. Il problema motiva lo studio di tecniche sperimentali e lo sviluppo di teorie fondamentali per migliorare il regime operativo dei tokamak al fine di ottimizzare il progetto del reattore che dovrebbe essere realizzato da un consorzio internazionale per dimostrare la produzione netta di energia dal processo di fusione controllata.

Filone di ricerca.
Entro l'organizzazione europea per lo sviluppo della fusione (EFDA), l'IFP/CNR ha svolto attivita' scientifica sul tokamak italiano FTU dell'ENEA(Frascati), sul tedesco ASDEX-U, sullo svizzero TCV e sul francese Tore-Supra, e sul tokamak europeo JET (il maggiore nel mondo) focalizzando la ricerca sui meccanismi di diffusione del calore e delle particelle. Sono state usate tecniche originali basate sull'impiego di potenza a radiofrequenza (rf) modulata in potenza per caratterizzare la propagazione di calore sia in fase transitoria che stazionaria. Lo scopo fondamentale e' la comprensione fisica e lo sviluppo di regimi operativi necessari per un plasma reattoristico. La risposta del plasma tokamak ad impulsi di calore localizzati ha permesso di provare l'esistenza di soglie del gradiente di temperatura che segnano la transizione tra regimi diversi di diffusione del calore, da laminare a turbolento, nonche' le caratteristiche di rigidita' dei profili di temperatura e pressione. Un forte contributo e' stato dato allo sviluppo e verifica di modelli interpretativi teorici. Inoltre la risposta del profilo di corrente e del confinamento di particelle alla potenza rf localizzata ha fornito nuovi dati per la comprensione della fisica dei regimi tokamak . Questi studi confermano la grande importanza dell'uso di onde e.m. di alta frequenza ed alta potenza negli esperimenti tokamak. I risultati scientifici ottenuti nel 2003 favoriscono una qualificata partecipazione italiana allo sviluppo internazionale del prossimo reattore per la fusione.

Applicazioni dei risultati .
Il lavoro sperimentale e' stato pianificato e condotto dal personale dell'IFP sugli impianti indicati, sfruttando le grandi opportunita' di collaborazione offerte e sostenute finanziarmente da EFDA. Nel caso dell'esperimento nazionale FTU l'IFP ha contribuito per molti anni, con personale, apparecchiature e spese, alla costruzione e gestione dell'impianto da 1,2 MW per onde ciclotroniche elettroniche installato su FTU ed usato per questi ed altri esperimenti. La competenza nella scienza e tecnica delle onde ad alta frequenza ed alta potenza costituisce un patrimonio prezioso con possibili utilizzazioni in altri rami delle scienze applicate e puo' stimolare un mercato per industrie di alta tecnologia.

Sviluppi futuri
La competenza nella fisica dei fenomeni di trasporto del calore nei plasmi avra' un ruolo importante per tutta la durata della ricerca sulla fusione. Percio' l'IFP continuera' a partecipare ad esperimenti di questo tipo sui tokamak disponibili nell'ambito delle collaborazioni internazionali.

Finanziamento
Nel 2003 i costi della attivita' scientifica dell' IFP sono stati sostenuti per il 75% dalla Associazione Euratom-ENEA-CNR, ed al 25% dal CNR.