Riconnessione magnetica nello spazio e plasmi di fusione: sfide su grande e piccola scala – Physics World

La riconnessione magnetica è un fenomeno fondamentale nella fusione a confinamento magnetico così come nei plasmi spaziali. L’impronta digitale della riconnessione è la formazione di intensi strati di corrente e il rilascio e il trasporto di energia su scale temporali brevi.

Nella geometria tokamak dei dispositivi di fusione come ITER, la riconnessione magnetica dà luogo alla formazione di isole magnetiche che possono svilupparsi a tutte le scale (da pochi millimetri a diverse decine di centimetri) con diverse conseguenze sul confinamento. Isole centimetriche di grandi dimensioni possono portare alla perdita di confinamento del plasma e provocare l'insorgere di grossi disservizi, con conseguente degrado della macchina. Piccole isole millimetriche possono influenzare il trasporto del calore degli elettroni. A tutti i livelli, la presenza di più isole porta al caos magnetico che può modificare lo scenario di una singola isola tipicamente considerato.

Analogamente, nei plasmi spaziali, la riconnessione magnetica è riconosciuta come un processo importante su diverse scale di lunghezza che vanno dalla scala microscopica della turbolenza del plasma fino alle scale globali delle magnetosfere planetarie, dei brillamenti solari e stellari e dei dischi di accrescimento attorno ai buchi neri. In pratica, la riconnessione magnetica consente la formazione di brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale, che possono propagarsi sulla Terra causando tempeste geometriche, potenzialmente interrompendo le comunicazioni satellitari e le reti elettriche.

L'obiettivo di questo webinar è riunire queste due comunità (fusione e plasmi spaziali) che lavorano sulla riconnessione magnetica ed evidenziare i problemi comuni che entrambi devono affrontare.

Magali Muraglia (Presidente) è professore associato presso l'Università di Aix-Marseille dal 2011. Ha conseguito il dottorato di ricerca in fisica del plasma e astrofisica nel 2009 presso l'Università di Aix-Marseille con un lavoro dedicato a "Interazione multiscala tra isola magnetica e turbolenza nei plasmi magnetizzati caldi" . Da allora è diventata esperta in teoria e modellizzazione del plasma magnetizzato e nei processi di riconnessione magnetica. Recentemente Muraglia ha contribuito a dare origine alla Prima Conferenza Europea sulla Riconnessione Magnetica nel plasma (https://ecmrp.sciencesconf.org), che riunisce esperti di tutto il mondo sulla riconnessione magnetica provenienti dai campi della fusione e dei plasmi spaziali per presentare e discutere il loro lavoro.

Daniela Grasso è ricercatore senior presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche presso l'Istituto dei Sistemi Complessi di Torino, Italia. È una ricercatrice esperta in fisica analitica e computazionale del plasma. Lavora da 25 anni nel campo della riconnessione magnetica, sia in applicazioni di fusione che astrofisiche.

Myriam Hamed è un ricercatore post-dottorato presso l'Istituto olandese per la ricerca energetica fondamentale (DIFFER) nei Paesi Bassi. La sua esperienza risiede nello studio dei fenomeni di trasporto turbolento nella ricerca sulla fusione, concentrandosi in particolare sulla turbolenza in modalità elettromagnetica (micro lacerazione). Myriam sta sviluppando un modello completo di turbolenza quasilineare, che mira a fornire una migliore comprensione del trasporto turbolento integrando soluzioni accurate di relazione di dispersione lineare con sofisticate regole di saturazione; catturando efficacemente la complessa fisica non lineare che influisce sui flussi turbolenti. La sua metodologia di ricerca prevede confronti approfonditi tra questi modelli e simulazioni girocinetiche, utilizzando dati sperimentali per convalidare e perfezionare l'accuratezza dei modelli.

Giulia Cozzani è un ricercatore post-dottorato nel gruppo di ricerca sulla fisica spaziale presso l'Università di Helsinki, a Helsinki, in Finlandia. I suoi principali interessi di ricerca riguardano la riconnessione magnetica nei plasmi spaziali, in particolare nella magnetosfera terrestre. Fin dall’inizio della sua carriera accademica, ha riconosciuto l’importanza di combinare osservazioni di veicoli spaziali in situ con simulazioni numeriche per studiare processi complessi del plasma come la riconnessione magnetica. Per questo motivo ha costantemente puntato a diventare una ricercatrice versatile in grado di utilizzare entrambi gli approcci. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso l'Università Paris-Saclay (École Polytechnique, Palaiseau, Francia) e l'Università di Pisa (Pisa, Italia) nel 2019. Ha poi trascorso due anni presso l'Istituto svedese di fisica spaziale a Uppsala, Svezia, prima di unirsi all'Università Università di Helsinki nel 2021. Ha ricevuto il Premio Vincenzo Ferraro 2022 e la sua tesi di dottorato è stata pubblicata come libro nelle tesi di Springer “Recognizing Outstanding Ph.D. Collana “Ricerca”.

Hantao Ji è professore di scienze astrofisiche all'Università di Princeton. Ha condotto esperimenti di laboratorio per studiare processi fisici fondamentali importanti sia per i plasmi astrofisici che per quelli di laboratorio, inclusi gli effetti dinamo, la riconnessione magnetica, l'instabilità magnetorotazionale (MRI) e altri processi fisici di base. Hantao si è laureato in fisica presso l'Università di Tokyo nel 1990. È stato ricercatore associato presso il National Institute for Fusion Science in Giappone e presso l'Università del Wisconsin – Madison prima di unirsi al Princeton Plasma Physics Laboratory, dove è arrivato al grado di Principal Research Physicist nel 2004. Nel 2013, è stato nominato professore ordinario presso Dipartimento di Scienze Astrofisiche. Ha ricevuto nel 2002 il premio John Dawson dell'American Physical Society per l'eccellenza nella ricerca sulla fisica del plasma ed è stato eletto APS Fellow nel 2004.

Emanuele Poli è membro dello staff della Divisione Teorica Tokamak presso l'Istituto Max Planck per la fisica del plasma a Garching bei München, Germania. È stato direttore ad interim della divisione dal 2014 al 2016 ed è professore a contratto presso l'Università di Ulm dal 2016. Ha conseguito il dottorato di ricerca in fisica teorica presso l'Università di Pavia (Italia) nel 1999, con una tesi sull'elettrone-ciclotrone parassiale (EC) fasci d'onda. Da allora, è stato attivamente coinvolto nella modellazione delle onde EC in diversi dispositivi, tra cui ITER e DEMO, e ha contribuito a vari aspetti della teoria delle onde ad alta frequenza, in particolare riguardo ai metodi per la descrizione della diffusione del fascio da fluttuazioni di densità in tokamak. Recentemente ha applicato tecniche prese in prestito dalla fisica dei fasci e dall'ottica non lineare allo studio dei pacchetti di modi acustici geodetici. Il secondo obiettivo della sua ricerca sono le simulazioni cinetiche delle instabilità del plasma come la modalità di lacerazione, considerando sia i processi neoclassici che l'interazione tra scale disparate, come le modalità di lacerazione e la turbolenza, e più recentemente tra turbolenza e modalità guidate da particelle veloci.

A proposito di questo diario

Fisica del plasma e fusione controllata è una pubblicazione mensile dedicata alla diffusione di risultati originali su tutti gli aspetti della fisica del plasma e della scienza e tecnologia ad essa associata.

Redattore capo: Jonathan Graves, Università di York, Regno Unito e EPFL, Svizzera

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/magnetic-reconnection-in-space-and-fusion-plasmas-challenges-at-large-and-small-scales/