Analysis of electrons vs. ions energy transport in TCV with the SOLPS-ITER code

La necessità urgente di una transizione verso fonti di energia sostenibili è dettata dalle sfide legate al cambiamento climatico e alla crescente domanda globale di energia. I combustibili fossili convenzionali, principali responsabili delle emissioni di gas serra, stanno accelerando il riscaldamento globale, rendendo prioritario lo sviluppo di soluzioni energetiche alternative. La fusione nucleare si presenta come una soluzione promettente grazie al suo potenziale di fornire un'energia abbondante, priva di emissioni di carbonio ed estremamente efficiente. A differenza della fissione nucleare, la fusione non produce scorie radioattive a lunga durata e offre un processo intrinsecamente sicuro. Ciò è in linea con gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs) delle Nazioni Unite, in particolare con l’SDG 7 (Energia Accessibile e Pulita) e l’SDG 13 (Lotta contro il Cambiamento Climatico), che sottolineano la necessità di sistemi energetici sostenibili e resilienti al clima. Nonostante i suoi vantaggi, la fusione deve affrontare sfide tecnologiche significative, tra cui uno dei problemi più critici: il problema dell’esaurimento della potenza. Nei tokamak, le temperature del plasma possono raggiungere milioni di gradi, generando flussi di calore estremi sulle componenti del reattore. Il divertore, progettato per estrarre calore e impurità, deve resistere a queste condizioni estreme, ma i materiali e le configurazioni attuali presentano limiti nel garantire un funzionamento a lungo termine. Comprendere e mitigare questi problemi è essenziale per rendere la fusione una fonte energetica su larga scala. La modellizzazione numerica avanzata svolge un ruolo fondamentale nel risolvere queste sfide, fornendo approfondimenti sul comportamento del plasma e ottimizzando le prestazioni del reattore. Il codice SOLPS-ITER, uno strumento all'avanguardia per la simulazione del plasma ai margini del tokamak, consente studi dettagliati sul trasporto del plasma nello Scrape-Off Layer (SOL), dove le complesse interazioni tra trasporto collisionale e turbolento determinano l’equilibrio energetico e l’efficienza della dissipazione del calore. Questa tesi si concentra sul tokamak TCV, analizzando il trasporto energetico di elettroni e ioni nella configurazione del divertore SILO baffled. Lo studio utilizza SOLPS-ITER per condurre un’analisi parametrica dettagliata, valutando le variazioni nei principali parametri di trasporto, tra cui la distribuzione della potenza tra elettroni e ioni, i coefficienti di trasporto energetico anomalo e il limitatore di flusso ionico. I risultati forniscono una comprensione più approfondita dei meccanismi che governano le interazioni tra plasma e pareti del reattore, contribuendo allo sviluppo di strategie avanzate per il confinamento dell’energia. Queste conoscenze sono essenziali per ottimizzare i progetti di divertori e migliorare le soluzioni di dissipazione del calore, sostenendo così la fattibilità dei futuri reattori a fusione.