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Gruppo Teoria dei Plasmi

Contatto: Dott. Fulvio Zonca
e-mail: fulvio.zonca@frascati.enea.it
tel.    : 0039 06 9400 5621
fax.   : 0039 06 9400 5735

A Frascati, il programma di fisica teorica applicato all'analisi dei plasmi termonucleari è caratterizzato da diverse attività, che spaziano da quelle con impatto diretto sui problemi attualmente urgenti che riguardano i prossimi esperimenti sui plasmi che bruciano, quali i progetti ITER e IGNITOR, a quelle orientate a piani di ricerca a più lunga scadenza.

La maggior parte degli studi teorici è perseguito nel più ampio ambito di consolidate collaborazioni internazionali con Laboratori Nazionali e Università. Tra queste, sono di primaria importanza le collaborazioni col Princeton Plasma Physics Laboratory dell' Università di Princeton e col Dipartimento di Fisica e Astronomia dell' Università della California a Irvine.

L' attività di ricerca sulla generazione non-induttiva di corrente ha importanza pratica per gli esperimenti di rilevanza reattoristica presenti e futuri. Analisi dettagliate di LHCD (generazione di corrente mediante Ibrida Inferiore) parallela e antiparallela hanno mostrato come formare e sostenere i profili di corrente bucati richiesti per le operazioni con shear rovesciato su FTU. Gli stessi studi mostrano la possibilità di ottenere le stesse proprietà migliorate di confinamento, associate alle operazioni con shear rovesciato, nei plasmi di IGNITOR. La generazione non-induttiva di corrente alla frequenza risonante ciclotronica elettronica (ECFR) è cruciale per controllare e/o sopprimere instabilità di plasma magneto-idro-dinamiche (MHD) in regimi di rilevanza reattoristica.

Analisi della propagazione e assorbimento di onde RF (a radio frequenza) in plasmi toroidali rendono anche possibile studiare le condizioni ottimali per il riscaldamento dei plasmi e per il raggiungimento di regimi di confinamento migliorati. Lo studio della fisica delle onde ioniche di Bernstein (IB) ha fornito la base teorica per spiegare alcuni dei regimi di FTU a prestazioni migliorate. Similmente, lo studio del riscaldamento con ECRF è necessario per interpretare il ragguardevole pronunciamento al centro del profilo di temperatura elettronico su FTU. La modellizzazione interpretativa e predittiva del trasporto sono l'ambito naturale per il confronto con i risultati sperimentali.

Gli studi teorici delle proprietà dinamiche dei prodotti di fusione nei plasmi igniti e degli ioni energetici prodotti da RF/NBI (iniezione di fasci di neutri) si sviluppano lungo due linee principali di ricerca. La prima, di impatto diretto su ITER, consiste nella simulazione numerica dell'interazione delle particelle energetiche con le onde di Alfvén mediante l'utilizzo di un codice ibrido MHD-girocinetico (HMGC). Questi studi numerici, basati su codici di simulazione Particle In Cell (PIC), hanno dimostrato che le soglie per l'eccitazione lineare dei modi guidati da particelle energetiche (EPM) e per i comportamenti non-lineari (trasporto) degli ioni energetici sono essenzialmente la stessa, sottolineando il ruolo cruciale giocato dalla soglia di eccitazione risonante dei modi collettivi in un plasma termonucleare. La seconda linea di ricerca, orientata all'analisi dei processi fondamentali associati alla propagazione di onde di Alfvén nei plasmi igniti, è perseguita nell'ambito di una collaborazione con l'Università della California a Irvine e ha recentemente posto il tema della rilevanza delle onde di Alfvén a bassa frequenza per il trasporto delle componenti sia termica che energetica di un plasma reattoristico.

La maggior parte delle analisi in fisica dei plasmi che bruciano sono rese possibili solamente sviluppando codici numerici estremamente avanzati e massicciamente parallelizzati (come il codice HMGC, sviluppato a Frascati) e adeguate tecniche di rappresentazione dei risultati numerici.
Queste attività sono caratterizzate da grande complessità, come è comunemente il caso nel campo del calcolo ad alte prestazioni. In ogni caso, esse sono molto appetibili per il potenziale impatto e utilizzo in aree di ricerca contigue. La fisica degli acceleratori è una di queste, ma applicazioni potenziali possono essere previste anche nel settore apparentemente remoto delle simulazioni del traffico di autovetture.

 

(maggiori dettagli sul sito esterno del gruppo Teoria dei Plasmi »)