Performance limiting MHD phenomena in fusion devices: physics and active control

In questa tesi saranno affrontati i diversi aspetti dei fenomeni magnetoidrodinamici che limitano le prestazioni ed il confinamento degli esperimenti toroidali di tipo pinch. La tesi contiene il lavoro originale portato avanti in due diverse macchine, che sono entrambe i più grandi esperimenti a confinamento magnetico in operazione per rispettive configurazioni: il tokamak Joint European Torus (JET) ed il Reversed Field Pinch (RFP) RFX-mod. Nel tokamak JET l’attività di ricerca si è concentrata sui Neoclassical Tearing Modes (NTM), che sono delle instabilità resistive che rompono le linee di campo magnetico e le riconnettono, formando delle isole di campo magnetico. Allo scopo di studiare la fisica dei NTM, sono state sviluppate due tecniche per la localizzazione radiale delle isole magnetiche, ed i risultati prodotti sono stati confrontati con i profili radiali di q ottenuti per mezzo della diagnostica Motional Stark Effect. Una delle tecniche di localizzazione studiate è stata anche usata in modo non convenzionale per ricostruire lo spettro del numero d’onda m poloidale dei NTM, e per ricavare informazioni sulla struttura kink-tearing di queste instabilità. E’ stato pure documentato l’impatto dei NTM sulle scariche advanced tokamak, allo scopo di quantificare il peggioramento nel confinamento del plasma che queste inducono, in funzione della localizzazione radiale dell’isola magnetica da loro generata. Durante l’attività su JET sono state incontrate anche delle altre instabilità, che si ritiene siano eccitate dalla popolazione di particelle veloci nel plasma, e che sono soprannominate fishbone q = 2. Sono state caratterizzate le loro evidenze sperimentali ed il loro impatto sugli impulsi di plasma. Nel RFP RFX-mod il lavoro è stato concentrato sullo studio e controllo dei Resistive Wall Modes (RWM), che sono una branca dei modi kink ideali che cresce selle scale dei tempi della diffusione delle correnti all’interno delle strutture conduttrici attorno al plasma. Inizialmente è stato creato un database contenente i tassi di crescita di tutte le instabilità di tipo RWM rilevate in RFX-mod, ed il database è stato in seguito usato come riferimento nell’analizzare gli accoppiamenti tra le diverse armoniche m ed n dei RWM. Sono stati affrontati anche problemi di controllo in feedback avanzato, come lo sviluppo ed il benchmark di un simulatore dinamico del controllo attivo RWM, e la sperimentazione del controllo RWM usando diversi gruppi di bobine attive.