Fibre ottiche per centrali a fusione

centrali a fusione

Le ricerche sulla fusione nucleare come fonte di energia sicura e priva di emissioni di carbonio si sono intensificate negli ultimi anni, individuando nei magneti superconduttori di nuova generazione un elemento fondamentale per il processo, evidenziando però la necessità di nuovi sensori, controlli e altre infrastrutture in grado di garantire un funzionamento affidabile di questi magneti nelle particolari condizioni operative di una centrale elettrica a fusione.

In questo contesto un gruppo di lavoro coordinato dal Dipartimento di Scienze e Ingegneria Nucleare (NSE) del MIT ha recentemente individuato un nuovo metodo promettente per il rilevamento rapido di anomalie dirompenti, i cosiddetti “quench”, nei magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS, high-temperature superconducting).

Queste anomalie si verificano quando una parte della bobina di un magnete passa da uno stato superconduttore a uno stato resistivo normale, con rapida conversione dell’energia immagazzinata in calore e conseguenti gravi danni al sistema.

Le centrali a fusione si basano su dispositivi di fusione, noti come tokamak, che mantengono il plasma a temperature estremamente elevate, simili al nucleo di una stella, da cui la fusione e la generazione di energia.

Nessun materiale fisico può sopportare quelle temperature, e quindi vengono usati i campi magnetici per confinare, controllare e isolare il plasma.

I nuovi magneti HTS consentono all’involucro magnetico toroidale del tokamak di mantenersi compatto, ma eventuali interruzioni del campo magnetico bloccherebbero il processo di fusione, e da qui l’importanza di una rapida individuazione del cambiamento termico nei semiconduttori, fenomeno che può indicare il potenziale verificarsi di quench.

Tra le diverse soluzioni analizzate, si è rivelata molto promettente una misura di temperatura tramite fibre ottiche a reticolo di Bragg.

Si tratta di fibre nel cui core viene realizzata, tramite reticoli, una variazione periodica dell’indice di rifrazione che determina un filtraggio delle lunghezze d’onda della luce che le attraversa.

Detto diversamente, la maggior parte della luce passa attraverso la fibra, ma viene riflessa una lunghezza d’onda, secondo la spaziatura e il pattern dei reticoli nel core.