Il plasma di un reattore a fusione ripreso a 16.000 fps: il video del tokamak ST40 è spettacolare

Grazie a una videocamera ad altissima velocità da 16.000 fotogrammi al secondo, i ricercatori del tokamak ST40 sono riusciti a riprendere a colori e in tempo reale il comportamento del litio nel plasma. L'analisi visiva di queste particelle ha permesso di studiare da vicino la loro interazione con il campo magnetico, offrendo dati preziosi su uno dei nodi più critici per le future centrali a fusione: la gestione e lo smaltimento del calore estremo.

Il problema riguarda l'energia che sfugge al confinamento. I tokamak convogliano una parte consistente di questo calore verso i divertori, componenti che nelle future centrali dovranno sopportare carichi intensi per periodi prolungati. Negli esperimenti su ST40 i ricercatori hanno misurato flussi termici fino a 150 MW/m²: proteggere queste superfici è quindi un requisito di progetto, oltre che una questione di durata dei materiali.

Una delle possibilità consiste nello sfruttare proprio le impurità. La loro presenza può sottrarre energia al plasma attraverso la radiazione, compromettendo le condizioni necessarie alla fusione se il raffreddamento interessa il nucleo. Alla periferia, invece, lo stesso meccanismo potrebbe alleggerire il carico sui componenti senza penalizzare la regione centrale.

Le immagini descritte da Tokamak Energy nel suo aggiornamento di fine 2025 aiutano a seguire questi fenomeni. La luminosità visibile proviene dalle zone periferiche, relativamente più fredde. Il rosa è associato al deuterio immesso nella macchina, le cui emissioni comprendono lunghezze d'onda rosse e blu.

Il litio offre un altro indicatore. Introdotto sotto forma di granuli delle dimensioni di granelli di sabbia, emette luce rossa quando gli atomi neutri vengono eccitati nelle regioni esterne. Penetrando in zone più calde e dense, gli atomi perdono un elettrone: gli ioni Li? producono emissioni giallo-verdi e seguono le linee del campo magnetico, disegnando le scie riconoscibili nel filmato.

Raffreddare il bordo senza compromettere il nucleo

Questo lavoro rientra negli studi sul regime X-point radiator (XPR). Il punto X identifica una regione vicina al divertore nella quale la configurazione magnetica assume una struttura a X. Concentrando l'emissione radiativa nei suoi pressi, i fisici cercano di abbassare la temperatura del plasma prima che raggiunga le superfici esposte, mantenendo nel nucleo le condizioni richieste per la fusione.

La ripresa a colori permette di verificare dove viaggia il litio e quanto penetra. La spettroscopia, che distingue con precisione le lunghezze d'onda emesse, completa questa osservazione. Il valore diagnostico nasce dall'abbinamento dei due strumenti: seguire visivamente un'impurità aiuta a interpretare le misure e a verificare se il raffreddamento avviene nella zona desiderata.

I risultati preliminari su ST40 indicano una riduzione del calore sul divertore quando una regione radiativa attraversa il punto X e raffredda il bordo. L'attribuzione richiede cautela: secondo i ricercatori, gran parte della radiazione osservata deriverebbe dal carbonio staccatosi dalle pareti, anziché dal litio introdotto deliberatamente. Queste prove, quindi, non dimostrano da sole l'efficacia del litio come soluzione al problema.

Il programma di aggiornamento della macchina prevede la sostituzione della protezione in carbonio con molibdeno, sistemi per rivestire di litio i componenti esposti al plasma e ulteriori strumenti diagnostici. L'obiettivo sperimentale è controllare dove le impurità cedono energia, limitandone la presenza nelle regioni in cui danneggerebbero le prestazioni del plasma.