Reversed Field eXperiment: differenze tra le versioni
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[[File:RFX-mod vista dall'alto.jpg|thumb|upright=2.6|Vista della sala macchina dell'esperimento RFX (febbraio 2007).]]
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'''Reversed Field eXperiment''' ('''RFX''') è il più grande esperimento al mondo per lo studio del confinamento dei [[Plasma (fisica)|plasmi]] da [[fusione nucleare]] controllata in configurazione [[reversed field pinch]] (RFP)<ref name="
L'esperimento, situato a [[Padova]] nei laboratori del [[Consorzio RFX]] presso l'Area di Ricerca del [[Consiglio Nazionale delle Ricerche]] (CNR), ha raggiunto la corrente di plasma più alta in assoluto, 2 MA (due milioni di ampere) ed è dotato di uno dei più avanzati sistemi di controllo della stabilità del plasma mai realizzati per un esperimento di fusione termonucleare controllata a confinamento magnetico.
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Come anticipato, un fondamentale passo in avanti nella comprensione e nello sviluppo della configurazione RFP è stata la realizzazione in RFX-mod di un sistema di [[retroazione|controllo attivo]] delle principali instabilità [[magnetoidrodinamica|magnetoidrodinamiche]], come parte del programma per ottenere un plasma meno [[turbolenza|turbolento]]. A questo scopo, RFX-mod è stato dotato di un apparato di 192 ''[[bobina|bobine]] a sella'', disposte su 4 file poloidali, per un totale di 48 posizioni toroidali: questa configurazione, che copre totalmente la superficie esterna del toro, è giustamente considerato il sistema più avanzato al mondo di controllo attivo in un esperimento da fusione. Ogni bobina è alimentata e controllata in modo indipendente. Queste bobine non sono da confondersi con le bobine usate nel sistema magnetico, cioè quelle usate per creare la corrente di plasma e il campo magnetico toroidale di equilibrio: le bobine a sella (mostrate in Figura 1) sono usate per creare un [[campo magnetico]] radiale <math>B_r</math>, ortogonale sia al campo poloidale <math>B_{\theta}</math>, sia a quello toroidale <math>B_{\phi}</math>.
L'idea principale del controllo attivo è che le instabilità, che tipicamente hanno la forma di un'[[elica (geometria)|elica]] che si avvolge all'interno del toro, producono un piccolo campo magnetico radiale <math>B_r</math>, che può essere misurato. La grandezza tipica delle instabilità è di qualche [[milli (prefisso)|m]][[tesla (unità di misura)|T]], quindi dal 4 al 10% del campo magnetico principale (cioè, il campo magnetico di equilibrio). Se varie eliche si sommano, come quando si bloccano in [[fase (segnali)|fase]], questo campo magnetico può essere anche cospicuo: è come se ci fosse un "buco" nella camera d'aria di una bicicletta, che determina la fuoriuscita di aria. Ma se è possibile misurare un [[campo magnetico]], è anche possibile agire dall'esterno
=== Effetti del controllo attivo sul plasma ===
[[File:Stato elicoidale in RFX-mod.jpg|sinistra|thumb|upright=2.2|'''Figura 2:''' Rappresentazione schematica dei due stati possibili di un RFP: (a) lo stato caotico, corrisponde a varie eliche che tendono a “raggrumarsi” in una posizione particolare, dove la deformazione del plasma è massima; (b) il corrispondente campo magnetico caotico all' interno del plasma (simulazione al computer con il codice ORBIT). (c) l'ordine magnetico elicoidale a cui corrisponde (d) una sola elica calda all'interno del plasma.]]
Per potere funzionare, il sistema di controllo attivo deve essere molto veloce: la velocità è principalmente determinata dalla scala di tempo dell'evoluzione delle instabilità [[magnetoidrodinamica|magnetoidrodinamiche]] (
Nel corso del decennio [[2005]]-[[2015]] sono stati provati diversi scenari sperimentali, allo scopo di ridurre quanto possibile le instabilità magnetoidrodinamiche del plasma. Un esempio è riportato nella Figura 2, e mostra l'effetto macroscopico che si può ottenere a partire da un controllo locale del campo magnetico esterno: la presenza contemporanea di molte instabilità magnetoidrodinamiche è una sorgente naturale di turbolenza e
I plasmi di RFX già spontaneamente oscillano fra condizioni più deformate e caotiche (Figura 2 (a) e (b)) e condizioni più ordinate e dotate di simmetria elicoidale (Figura 2 (c) e (d)). È interessante sottolineare che fenomeni di [[auto-organizzazione]] sono tutt'altro che rari in natura: esempi si trovano in astrofisica per quanto riguarda la struttura dei campi magnetici intorno ai corpi celesti<ref>Si veda per esempio il sito http://www.cmso.info</ref>. In RFX, il raggiungimento dello stato spontaneamente ordinato si raggiunge tramite la crescita di ''una sola'' elica-instabilità, e per questo lo stato ordinato viene anche chiamato singola [[Elicità idrodinamica|elicità]]<ref>Susanna Cappello and Daniele Bonfiglio [https://doi.org/10.1063/1.2177198 ''Magnetohydrodynamic dynamo in reversed field pinch plasmas: Electrostatic drift nature of the dynamo velocity field''], Phys. Plasmas '''13''', 056102 (2006)</ref><ref name="
[[File:QSH plasma wall interaction in RFX-mod.png|miniatura|'''Figura 3:''' Emissione di riga del Carbonio III sulla parete in grafite di RFX: (a) nello stato a singola elicità, (c) nello stato caotico. Figura adattata da<ref name="
I principali vantaggi della singola elicità si possono riassumere come segue:
*riduzione del "grumo" sulla superficie del plasma (vedi Figura 2 (a));
* riduzione dell'interazione con la parete<ref name="
* riduzione o completa eliminazione del caos nell'interno del plasma (vedi Figura 2 (b));
* possibilità di riscaldare la regione interna del plasma, che assume una forma a "fagiolo" (vedi Figura 2 (d));
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* Il principale contributo, per cui RFX-mod si può giustamente definire unico al mondo, è il controllo attivo tramite la copertura completa delle 192 bobine a sella. In questo campo, RFX-mod ha contribuito a dare un significativo avanzamento nella comprensione degli aspetti tecnologici e di fisica del controllo attivo, che è stato condotto in collaborazione con laboratori stranieri (per esempio, [[ASDEX Upgrade]] e [[DIII-D (reattore a fusione)|DIII-D]])<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Paolo Zanca, Giuseppe Marchiori, Lionello Marrelli, Lidia Piron and the RFX-mod team|anno=2012|titolo=Advanced feedback control of magnetohydrodynamic instabilities: comparison of compensation techniques for radial sensors|rivista=Plasma Phys. Control. Fusion|volume=54|numero=12|p=124018|doi=10.1088/0741-3335/54/12/124018}}</ref>;
*Il controllo attivo delle instabilità ha permesso di scoprire e di sostenere lo stato elicoidale<ref name="
* Ha contribuito allo studio della [[fisica del plasma]] a correnti elevate, 1.5-2 [[ampere|MA]], per esempio per quanto riguarda il [[limite di Greenwald]], che impone un valore massimo al rapporto densità/corrente del plasma<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Gianluca Spizzo, Gianluca Pucella, Onofrio Tudisco, Matteo Zuin, e coautori|anno=2015|titolo=Density limit studies in the tokamak and the reversed-field pinch|rivista=Nuclear Fusion|volume=55|numero=4|p=043007|doi=10.1088/0029-5515/55/4/043007}}</ref>;
* Ha contribuito alla comprensione della configurazione [[Tokamak]] in un ambito di parametri di plasma diverso, con parametro di sicurezza al bordo <math>q_a \le 2</math>, aggiungendo quindi dati importanti per il [[database]] di [[ITER]]<ref name="
* Ha avanzato la conoscenza della [[turbolenza]] del plasma di bordo, con strumenti di misura sofisticati<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Nicola Vianello
== Sviluppi correnti: RFX-mod2 e il progetto MIAIVO ==
Allo scopo di migliorare ulteriormente il controllo delle instabilità del plasma, è stata avviata nel 2018 la modifica "RFX-mod2" la quale prevede l'avvicinamento del plasma ai sistemi di controllo, tramite la rimozione della camera da vuoto. In questo modo la scocca stabilizzatrice di rame sarà direttamente affacciata al plasma, riducendo al minimo il campo magnetico radiale <math>B_r</math> e quindi massimizzando il confinamento del RFP<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Lionello Marrelli, Roberto Cavazzana e coautori|anno=2019|titolo=Upgrades of the RFX-mod reversed field pinch and expected scenario improvements|rivista=Nuclear Fusion|volume=59|numero=7|p=076027|doi=10.1088/1741-4326/ab1c6a}}</ref>. Nel contempo, il ruolo di tenuta del vuoto sarà svolto dalla struttura meccanica di supporto. Questa modifica consentirà anche l'aumento del volume del plasma<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Simone Peruzzo, Marco Bernardi, Roberto Cavazzana, Samuele Dal Bello, Mauro Dalla Palma, Luca Grando, Eleonora Perin, Roberto Piovan, Andrea Rizzolo, Federico Rossetto, Diego Ruaro, Marco Siragusa, Piergiorgio Sonato e Lauro Trevisan|anno=2018|titolo=Detailed design of the RFX-mod2 machine load assembly|rivista=Fusion Engineering and Design|volume=136|numero=|doi=10.1016/j.fusengdes.2018.05.066}}</ref>.
La modifica richiede un investimento di oltre 4 milioni di € in ricerca e sviluppo ed è co-finanziata dalla [[Veneto|Regione Veneto]] nell'ambito del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR) con il nome di '''progetto MIAIVO'''<ref>{{Cita web|url=https://www.univr.it/documents/20142/0/08+-+MIAIVO.pdf/9a9d4729-aad7-a412-acb6-cc6fa9bb1f62|titolo=Il piano industriale del Veneto: risultati dei progetti di ricerca e prospettive di sviluppo: Progetto “MIAIVO - Meccanica Innovativa e Additiva Integrata”, Universita' di Verona, 25 marzo 2019}}</ref><ref name="
La ripresa delle attività sperimentali è prevista nel corso del 2021.<ref name="
== Note ==
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