Dal vento solare alle instabilità del plasma degli esperimenti a fusione, ecco come viene impiegato il modello MHD.
Il modello MHD, da Magneto-Hydro-Dynamic, è un modello fisico che descrive il plasma come un unico fluido conduttore di elettricità. Nell’ambito fusionistico si utilizza per modelli teorici e simulazioni numeriche che descrivono come si comporta il plasma e alcuni importanti fenomeni che in esso hanno luogo. La magnetoidrodinamica viene usata, oltre che per i plasmi, anche per studiare la dinamica dei fluidi elettricamente conduttori come i metalli liquidi e l’acqua marina. In astrofisica il modello viene utilizzato per lo studio delle stelle, del Sole e del vento solare.
La cosiddetta stabilità MHD è uno dei motivi per cui è piuttosto difficile confinare un plasma caldo in laboratorio, specialmente se si vuole che in esso avvengano reazioni di fusione nucleare. Per produrre energia è infatti necessario che il plasma sia molto caldo e allo stesso tempo stabile per un tempo sufficientemente lungo. Per affrontare il problema della stabilità del plasma si sono inventate varie soluzioni, tutte basate sull’intrappolare i plasmi usando campi magnetici intensi e sul contenere le loro naturali oscillazioni utilizzando sofisticati sistemi di controllo, garantendo così la stabilità MHD di un plasma caldo fusionistico.
Al Consorzio RFX si studiano alcune importanti instabilità dei plasmi fusionistici, che nei futuri reattori si vorrà evitare o controllare. Queste instabilità prendono comunemente il nome dalla teoria che le descrive, il modello MHD. Nella macchina RFX-mod, in operazione al Consorzio fino al 2015, si sono svolti numerosi esperimenti sia per sopprimere sia per permettere l’evoluzione controllata di queste fluttuazioni del campo magnetico. Un sistema di bobine magnetiche, dette bobine a sella, è dedicato a questo scopo.
Durante la sperimentazione le sonde magnetiche, presenti in gran numero nella macchina, possono rilevare la presenza di perturbazioni. A questo punto i segnali vengono elaborati in tempo reale e un sistema di controllo attiva le bobine a sella che intervengono con un campo magnetico esterno in grado di controllare l’instabilità.
Il modello MHD serve anche per capire come imbrigliare quelle instabilità che eventualmente non si riesce, o non si desidera, sopprimere. Queste possono essere a volte sfruttate per migliorare le qualità del plasma. Ad esempio, si è visto che in RFX-mod un’instabilità controllata opportunamente può imprimere al plasma la sua forma elicoidale, aumentando così le prestazioni degli esperimenti, permettendo di raggiungere una più alta temperatura del plasma.
Nel futuro RFX-mod2, finanziato dalla Regione Veneto tramite il progetto MIAIVO, molti esperimenti di questo tipo potranno essere svolti. Questi potranno dare nuovi risultati, grazie soprattutto a un sistema diagnostico aggiornato e alle modifiche meccaniche che porteranno il plasma di RFX-mod2 ad essere leggermente più grande e vicino alla parete dell’esperimento rispetto al passato. Proprio quest’ultima caratteristica contribuisce infatti a migliorare la stabilità MHD del sistema.