Kinetic calculations of the bootstrap current with the solver LUKE

Nel 2023, la Terra ha sperimentato l'anno più caldo dal 1850, ovvero da quando si hanno a disposizione dati della temperatura terrestre. Questa statistica sottolinea la necessità di soluzioni energetiche sostenibili. Tra le varie alternative, la fusione nucleare si distingue per il suo potenziale di fornire energia pulita e abbondante senza i problemi di intermittenza delle fonti rinnovabili o gli svantaggi ambientali dei combustibili fossili. Tuttavia, realizzare una centrale a fusione nucleare richiede il superamento di significative sfide tecniche, in particolare nel miglioramento del confinamento e della stabilità del plasma. La corrente di bootstrap, una corrente elettrica autogenerata nel plasma, è cruciale per mantenere la stabilità del plasma, riducendo la dipendenza dai sistemi di alimentazione esterni. In questa tesi, il solver LUKE, uno strumento computazionale progettato per calcolare la funzione di distribuzione degli elettroni e i suoi relativi momenti in regime di bassa collisionalità, è stato riparato e aggiornato, consentendo nuovamente di eseguire calcoli accurati della corrente di bootstrap. Ciò è stato raggiunto attraverso una combinazione di debugging e ottimizzazione del codice, e i risultati ottenuti, in diversi scenari di plasma, sono confrontati con diversi modelli teorici. La tesi, inoltre, esamina l'effetto della forza di reazione sincrotronica, la quale agisce su particelle che emettono radiazioni di sincrotrone, sugli elettroni runaway. Questa analisi include la derivazione e l'implementazione dell'operatore della forza di reazione sincrotronica all'interno di LUKE nel caso di calcoli neoclassici. Questo avanzamento è fondamentale per consentire simulazioni di elettroni runaway che considerano effetti neoclassici, gettando le basi per potenziali futuri calcoli delle correnti di bootstrap in presenza di runaways. Questa tesi non solo rivitalizza uno strumento per la ricerca sulla fusione, ma estende anche il quadro teorico per future esplorazioni nel campo.