Amo questo esempio di una delle forme più complesse che io possa immaginare perché c’è molta profondità nella forma da spacchettare. Esempi come questo spesso funzionano bene per molti pubblici perché ognuno può scegliere il proprio livello di interesse. I molti strati del progetto possono coinvolgere su più livelli; uno può apprezzare la sua forma visiva, o studiare la scienza profonda dietro lo sviluppo della forma. Nel campo dell’architettura, dove il ragionamento spaziale e la creatività spaziale sono molto apprezzati, studiare la parametrizzazione dello Stellarator Wendelstien 7-X e la forma risultante affina il nostro pensiero critico e le nostre capacità analitiche per comprendere e produrre forme simili sul posto di lavoro. Trovo la forma dei magneti superconduttori dello Stellarator scultorea e moderna, e sono profondamente commosso nel sapere che la forma deriva principalmente dalle forze naturali. La forma finale di ogni magnete è così delicata, contemplativa e bella.
Infine, per me, Stellarator rappresenta il miglior risultato che si possa sperare dal design collaborativo. Una sola persona non avrebbe mai potuto sviluppare un tale design. È stato necessario riunire le competenze di più membri del team. I matematici applicati erano necessari per modellare accuratamente il plasma e i campi magnetici; i fisici sperimentali erano necessari per calcolare le forze esatte in gioco e analizzare i risultati; e infine, gli ingegneri erano necessari per costruire la sicurezza della cosa. “Se queste sono le forze che ci si deve aspettare, quanti rinforzi e strutture sono necessari?”
Per avere una comprensione più completa della parametrizzazione usata, e perché ci vuole una progettazione collaborativa per ottenere una forma così complessa, facciamo una rapida deviazione nella scienza dell’energia di fusione. Diamo solo un’occhiata all’argomento – essendo questo un blog di architettura ci siamo già allontanati abbastanza dal nostro soggetto originale per studiare una forma complessa – ma qualcosa deve essere detto delle caratteristiche dell’energia di fusione perché esse informano fortemente le variabili e i parametri scelti per il design. La fusione dei nuclei di due atomi richiede calore e pressione estremi. Questo viene fatto in laboratorio usando campi magnetici molto forti. I primi progetti di reattori a fusione usavano la forma di un toro, chiamato tokamak, che imita la forma dei campi magnetici in natura. Un’illustrazione del progetto può essere trovata qui sotto (a sinistra) dal Joint European Torus ospitato nell’Oxfordshire, Regno Unito. Le immagini non danno una buona impressione della grande scala dei reattori, molto più alti di una persona.
I tedeschi sono stati molto più ambiziosi con il loro design. Lo stellarator (a destra) è altrettanto grande, e condivide alcune somiglianze con un tokamak in quanto è anche a forma di toro (con un buco nel mezzo come una ciambella). Ma chi ama la matematica noterà subito un’importante differenza. Il plasma del 7-X è attorcigliato e piegato e una specie di loop su se stesso per cinque volte. Questo comportamento è previsto dalla teoria dei nodi generalizzata in cui si studiano questi modelli. Per quanto riguarda il motivo per cui è un progetto più efficiente, ricorro all’analogia di strizzare un asciugamano bagnato.
Il progetto del tokamak è molto simile al tentativo di spremere l’acqua da un asciugamano con la sola compressione. Tutti noi impariamo fin da piccoli che è molto più efficace torcere lo straccio per far uscire più acqua possibile. Questo è in effetti ciò che lo stellarator sta facendo nei punti di flessione; quel movimento di torsione inerente al disegno aumenta drasticamente la pressione che può essere applicata al nucleo di fusione, che a sua volta – in teoria – dovrebbe rilasciare più energia di quella immessa.
Gli scienziati non usano la teoria astratta dei nodi per modellare questi campi perché non sono abbastanza accurati nella realtà. La teoria dei nodi suggerisce solo la forma. Calcolare effettivamente quali forze aspettarsi si basa su una progettazione collaborativa da completare. La fluidodinamica computazionale gioca un ruolo importante nel modellare, in primo luogo, il plasma, e in secondo luogo, il campo magnetico. Una volta che la forma, la forma e la densità del plasma necessario per fondere i nuclei è nota, allora si tratta di parametrizzare il campo magnetico con i magneti necessari per generarlo.
Questo processo scientifico porta a quei magneti meravigliosamente a forma di serpentina, che probabilmente dovrebbero essere più accuratamente descritti come magneti super raffreddati e superconduttori. È l’unico modo per generare campi magnetici abbastanza forti. La forma aliena dei magneti è necessaria per arricciare il plasma sotto di sé. Il progetto specifica 50 magneti curvi e 20 pianeggianti per generare la forza e la forma del campo richiesto. I 50 magneti curvi rappresentano una forma incredibilmente complessa, anche il loro profilo trasversale si adatta mentre circondano il plasma. Eppure li trovo incredibilmente scultorei, pronti per essere scoperti in un museo d’arte moderna. E tutto il tempo ritorno all’idea che tutto ciò che sono è un modello della Natura. Solo un altro elemento dell’universo.
Le immagini incluse in questo post rendono appena giustizia alla forma. Ogni anello è individualmente splendido, e vorrei poter camminare intorno a loro in una galleria per avere un’idea dei loro effetti spaziali completi. Per avere un’idea migliore di come sono questi oggetti in 3D, incoraggio i lettori a guardare il video allegato a questo post. Speriamo che dia un senso migliore del tipo di spazio 3D che questi oggetti creano.