Attenzione! Reversed Field Pinch in corso

Esiste un mondo dominato da forze elettromagnetiche, cioè da fenomeni di elettricità e magnetismo. Un piccolo, grande mondo di particelle cariche, positive o negative, e campi magnetici generati dalle stesse particelle. Questo sistema è anche conosciuto come il quarto stato della materia, il plasma, ciò di cui è fatto il 99% dell’universo conosciuto. Alziamo gli occhi oltre ciò che di solido, liquido e gassoso ci circonda: ciò che rimane è plasma. Lo vediamo nei colori dell’aurora boreale, nei fulmini. Lo troviamo generato e intrappolato dall’uomo nei vecchi schermi tv, nei tubi al neon o, in laboratorio dove l’umanità cerca di produrre energia elettrica pulita, partendo da plasmi ad altissima temperatura dove, in certe condizioni, avvengono reazioni di fusione.

Per semplificare, il plasma è un gas, ad esempio l’idrogeno, in cui però è successo qualcosa: alcuni atomi si sono scomposti in elettroni e ioni positivi per effetto di un forte innalzamento di temperatura. “E così il gas si trasforma in particelle vere - elettroni, ioni, e atomi - e in particelle che rappresentano il campo elettromagnetico creato dal gioco di queste cariche, i fotoni. E crea instabilità e fenomeni collettivi più complessi da capire, ma che hanno nomi davvero fantasiosi, i plasmoidi, le onde a fischio o ancora le cosiddette isole magnetiche”, spiega il fisico Lionello Marrelli, responsabile scientifico del programma RFX e ricercatore dell’Istituto per la scienza e tecnologia dei plasmi (Istp) del Cnr al Consorzio RFX.

Anche gli elettroni di un metallo o gli ioni del reticolo cristallino formano il plasma, ma in condizioni ovviamente diverse. Tornando al laboratorio, sono soprattutto gli elettroni a mettersi in moto in un plasma caldo, liberi di muoversi velocissimi e apparentemente senza una vera direzione. “Liberi anche di sbattere contro le altre particelle, cioè di creare collisioni interne”, continua il ricercatore. Se nella vita vogliamo raggiungere un obiettivo, dobbiamo però avere una direzione. Lo stesso vale per il plasma, che sulla terra può essere governato e guidato nel moto delle particelle, usando campi magnetici, con l’obiettivo di produrre elettricità da fusione. “Nei laboratori per ricerche sulla fusione termonucleare a confinamento magnetico, il plasma si trova all’interno di un contenitore a forma di ciambella, circondata da grandi magneti che, come enormi calamite, impostano la rotta e danno le coordinate al suo movimento. Per lo più, lungo spire che avvolgono il plasma, costringendo le particelle in un moto elicoidale ordinato, in cui riesce a conservare molta della sua temperatura”, aggiunge Marrelli.

Si dice in gergo che il plasma è confinato nella ciambella. “E così costretto in questa guaina magnetica, cresce nei suoi parametri di densità, temperatura e tempo di confinamento. A volte però, per continuare a esistere e non morire, il plasma inverte il verso delle sue eliche. Cambia spontaneamente direzione”, chiarisce l’esperto anticipando le peculiarità dell’esperimento che conduce con il Consorzio RFX (soci: Cnr, Enea, Infn, Università di Padova e Acciaierie Venete Spa). “È come se a un certo punto decidesse di volare a testa in giù, compiendo un’evoluzione che potremmo dire a U, per proseguire la sua corsa. E quando ciò accade, diventa più stabile, rimane acceso per un tempo più lungo e la superficie del plasma agisce come un involucro isolante, impedendo all’energia di disperdersi”.

È il caso dei RFX-mod, una delle infrastrutture di ricerca ad alta priorità del Pnir, il Piano Nazionale delle infrastrutture di ricerca. In questo esperimento il plasma inverte la direzione delle sue linee di campo nel momento in cui si avvicina al bordo. Per questo il confinamento è chiamato “a strizione di campo inverso”, in inglese Reversed Field Pich. In questa configurazione il plasma genera una parte del campo magnetico che lo stabilizza e la superfice esterna fa da involucro termico. “Ma non basta. Negli ultimi anni, c’è stata una scoperta di eccezionale portata legata al fenomeno dell’inversione, che ha ottenuto la copertina di Nature Physics. Mentre prima il fenomeno consentiva la sopravvivenza del plasma, ma con scarsa qualità dei suoi parametri, oggi abbiamo scoperto regimi in cui non solo sopravvive, ma funziona meglio” prosegue Marrelli.

RFX-mod ha una flessibilità tecnologica che garantisce un maggiore grado di libertà all'inversione delle linee di campo, ma proprio per questo è anche più complesso e necessita di modifiche e aggiornamenti. “Oggi l'esperimento è in fase avanzata di nuovo sviluppo, grazie ai fondi Europei POR-FESR messi a disposizione della Regione Veneto. Recentemente, i fondi Europei PNRR messi a disposizione dal Ministero dell’università e della ricerca, hanno dato l’opportunità di potenziare i sistemi diagnostici, e progredire nella ricerca”, conclude il ricercatore. Attendiamo i nuovi risultati.

Fonte: Lionello Marrelli, Consorzio RFX , Istituto per la scienza e tecnologia dei plasmi, e-mail: lionello.marrelli@istp.cnr.it