Fusione nucleare, raggiunto nuovo record di temperatura


    Per un breve momento all'inizio di quest'anno, un piccolo punto in Cina ha bruciato con un calore tale da risplendere più del Sole.

     

    Un team internazionale di scienziati ha annunciato questa settimana che il reattore sperimentale tokamak EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) a Hefei, Cina ha finalmente raggiunto una temperatura superiore a 100 milioni °C stabilendo un nuovo record nella tecnologia per la fusione nucleare. Un altro passo avanti verso una nuova era dell’energia?

    Credits: sakkmesterke/iStockRiuscire a raccogliere le enormi quantità di energia liberata dalla fusione degli atomi non è un'impresa facile. Per tenere insieme queste particelle con una forza sufficiente è necessario o applicare una pressione enorme oppure comprimerle molto violentemente.

     

    Presso l’istituto di scienze fisiche di Hefei dell’Accademia cinese delle scienze è stato dimostrato che è possibile riuscire a tenere insieme queste particelle.

     

    La fusione nucleare all'interno del Sole avviene a temperature di circa 15 milioni °C

    All’interno del Sole, le molecole di idrogeno fondono a temperature di circa 15 milioni °C con l'aggiunta di una forza di gravità concentrata.

    Se sulla Terra vogliamo ottenere qualcosa di simile abbiamo bisogno di una fornace che sia in grado di raggiungere temperature molto più elevate di quelle del Sole.

    Stiamo parlando cioè di un valore di temperatura che è quasi sette volte più elevato di quello che è riscontrabile all'interno del Sole. Inoltre abbiamo bisogno di mantenere la “zuppa” di idrogeno per un tempo abbastanza lungo affinché sia utile alla produzione di energia.

    La fusione nucleare ha un grande vantaggio, praticamente non produce scorie radioattive

    Se riuscissimo a raggiungere questo obiettivo il vantaggio sarebbe enorme. A differenza della fissione nucleare – dove l'energia in eccesso deriva dal decadimento di atomi grandi in elementi più piccoli – il risultato della fusione nucleare non si tradurrà nella produzione di scorie radioattive, non ci saranno cioè luoghi contaminati da rifiuti radioattivi. Infatti, il risultato finale della fusione degli isotopi di idrogeno è per lo più elio, un gas nobile inerte.


    In tutto il mondo sono allo studio diverse forme di tecnologia per raggiungere la fusione nucleare
     

    Da diversi anni gruppi di ricercatori in tutto il mondo stanno effettuando esperimenti con diverse forme di tecnologia che potrebbero creare abbastanza calore per raggiungere la fusione nucleare, il reattore EAST è solo una delle tante strutture che sta mettendo alla prova i limiti della tecnologia per la fusione nucleare.

     

    Alcuni degli approcci più promettenti prevedono di iniettare plasma all’interno di un contenitore metallico gigante a forma di ciambella mantenendo in posizione la nuvola di particelle cariche attraverso l’utilizzo di campi magnetici. Ciò permette di riscaldare continuamente gli atomi ma richiede l’adozione di nuove soluzioni da parte dei fisici per mantenere in posizione l'anello di plasma.

     

    Gli Stellarator, come il Wendelstein 7-X in Germania riesce a mantenere in posizione l'anello di plasma utilizzando banchi di bobine magnetiche. Tali reattori offrono un controllo superiore ma risulta molto difficile riuscire ad ottenere le temperature elevate richieste per la fusione nucleare.

     

    All'inizio di quest'anno il W7-X è riuscito a scaldare l'idrogeno ad una temperatura impressionante di 40 milioni °C. Si è trattato di un grande passo avanti rispetto ai tentativi fatti in precedenza ma tale risultato non è ancora sufficiente, abbiamo bisogno infatti di ottenere temperature superiori a 100 milioni °C per dare inizio al processo di fusione nucleare.

    I reattori Tokamak utilizzano i campi magnetici prodotti dal movimento dello stesso plasma

    I reattori Tokamak come il reattore EAST cinese utilizza i campi magnetici prodotti dal movimento dello stesso plasma per tenerne sotto controllo l’oscillazione. Questo rende meno stabile il sistema, ma permette ai fisici di ottenere temperature più elevate.


    Nel 2017 il reattore EAST ha fatto registrare un nuovo record riuscendo a mantenere il plasma in un confinamento ad alta energia per 101,2 secondi.

     

    Riuscire a gestire gli atomi ad alta temperatura per così tanto tempo è stato un passo fondamentale verso l’utilizzo del plasma per ottenere energia, ma ora è stato necessario aumentare la temperatura in maniera sufficiente da fondere i suoi atomi rilasciando così più energia rispetto a quella consumata dal processo stesso.

     

    Mettere in fila tutti i passaggi per arrivare alla fusione nucleare richiede un sacco di sperimentazione e di messa a punto dei sistemi. La procedura del reattore EAST si basa su forme di riscaldamento multiple nella giusta combinazione che sono in grado di creare una densità ottimale del plasma.

    Il risultato finale di EAST, una nuvola di particelle cariche che contenevano elettroni riscaldati a più di 100 milioni °C

    Il risultato finale è stato quello di creare una nuvola di particelle cariche che contenevano elettroni riscaldati a più di 100 milioni °C.

    La tentazione è quella di iniziare a pensare che siamo ad un passo dal fornire energia pulita praticamente infinita. Ogni pietra miliare che viene raggiunta rappresenta un passo significativo verso questo obiettivo.

    Le sfide da affrontare, il combustibile nucleare

    Ma ci sono ancora una serie di sfide da affrontare. Prendiamo ad esempio il rifornimento di combustibile necessario per la fusione.

    Teoricamente, il materiale che alimenta le reazioni di fusione è molto più abbondante degli idrocarburi fossili e dell’uranio. Si tratta del semplice vecchio idrogeno.

    Purtroppo per la fusione nucleare non va bene qualsiasi tipo di idrogeno, viene preferito il 'trizio' ossia il suo isotopo radioattivo, tale isotopo non è così abbondante. Almeno non sulla Terra.

    Sapere come o quando la comunità scientifica riuscirà a superare questo tipo di ostacoli è ancora tutto da vedere.

    Nonostante tutto uno dei grossi ostacoli era proprio quello di riuscire a raggiungere la giusta temperatura, quindi vale la pena di tenere viva la speranza che la fusione nucleare è ancora all'orizzonte.

    Fin dalla sua costruzione avvenuta nel 2006, il reattore EAST è stato definito come un "sole artificiale ". Ora possiamo dire che il reattore ha veramente guadagnato il suo titolo.

     

    Il comunicato stampa "Chinese Fusion Tool Pushes Past 100 Million Degrees" sul sito dell'accademia delle scienze cinese

     



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