Un istituto scientifico negli Stati Uniti sta per fare un passo avanti nella ricerca sulla fusione nucleare.
Il National Ignition Facility (NIF) di Livermore, in California, utilizza un potente laser per riscaldare e comprimere il combustibile a idrogeno ed è un passo avanti verso il raggiungimento di una massiccia fusione nucleare.
Da un esperimento condotto nell’agosto 2021, il laboratorio raggiungerà presto il suo obiettivo di “accensione”, quando l’energia emessa dalla fusione supererà quella emessa da un laser.
La fusione è un tipo di energia nucleare che differisce dal processo di fissione, utilizzato dal 1950 nei reattori atomici. Nella fusione, l’energia è generata dall’unione degli atomi, mentre nella fissione è un sottoprodotto della scissione degli atomi.
La fusione è lo stesso processo che si verifica nel sole, richiede calore e pressione estremi ed è molto più difficile da controllare della fissione. Tuttavia, una volta padroneggiato, può fornirci una fonte di energia pulita e illimitata.
Il processo non genera le scorie radioattive prodotte dai reattori a fissione, che costituisce uno dei maggiori ostacoli all’utilizzo dell’energia nucleare oggi, oltre al costo e alla preoccupazione che il metodo genera per quanto riguarda la sicurezza e la proliferazione delle armi.
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In un processo chiamato fusione nucleare con confinamento inerziale, 192 raggi laser dalla struttura NIF – la più alta concentrazione di energia del mondo – mirano a una capsula delle dimensioni di un peperone.
Questa capsula contiene deuterio e trizio, due diverse forme dell’elemento idrogeno.
La procedura comprime il carburante a 100 volte la densità del piombo e lo riscalda a 100 milioni di gradi Celsius, più caldo del centro del Sole. Queste condizioni aiutano ad avviare la fusione termonucleare.
Un esperimento condotto l’8 agosto ha prodotto 1,35 megajoule di energia, circa il 70% dell’energia laser che raggiunge la capsula di combustibile. Raggiungere l’accensione significa ottenere un’efficienza di fusione superiore agli 1,9 MJ applicati dal laser.
“Questo è un enorme passo avanti per la ricerca sulla fusione e per la società nel suo insieme”, ha detto alla BBC News Debbie Callahan, un fisico del Lawrence Livermore National Laboratory, che include il NIF.
L’esperimento di questo mese ha ottenuto un risultato otto volte superiore al record precedente (all’inizio di quest’anno) e 25 volte la produttività degli esperimenti condotti nel 2018.
ha affermato Jeremy Chittenden, co-direttore del Center for Inertial Fusion Studies presso l’Imperial College di Londra, in Inghilterra.
Gli scienziati del NIF credono anche di aver ottenuto qualcosa chiamato “bruciatura al plasma”, in cui le stesse reazioni di fusione emettono calore per un’ulteriore fusione. Questo è fondamentale per rendere il processo autosufficiente e altamente produttivo.
“Pensiamo che il nostro esperimento abbia raggiunto questo punto, ma stiamo ancora analizzando e simulando per assicurarci di comprendere il risultato”, spiega Debbie Callahan.
Successivamente, i test verranno eseguiti nuovamente.
“Questo è fondamentale per la scienza sperimentale”, afferma Callahan. “Dobbiamo capire quanto siano riproducibili i risultati e quanto siano sensibili ai piccoli cambiamenti”.
“Allora abbiamo in programma di migliorare il design di questo sistema. Inizieremo a lavorarci l’anno prossimo”.
Nonostante gli enormi passi avanti, Chittenden ha detto che c’è ancora molto da superare.
“I megajoule di energia rilasciati nell’esperimento sono davvero impressionanti in termini di fusione, ma in pratica questo equivale all’energia necessaria per far bollire un bollitore”.
“Energie di fusione molto più elevate possono essere ottenute attraverso l’accensione se riusciamo a capire come mantenere il carburante insieme più a lungo, facendone bruciare di più”.
Altri investimenti in tecnologia
La costruzione del National Ignition Facility (NIF) negli Stati Uniti è iniziata nel 1997 ed è stata completata nel 2009. Le prime prove per testare la potenza del laser sono iniziate nell’ottobre 2010.
Un’altra funzione del NIF è monitorare lo stato e la sicurezza delle scorte di armi nucleari negli Stati Uniti. A volte gli scienziati che hanno bisogno di utilizzare laser massicci per la fusione devono condividere il loro tempo con esperimenti volti alla sicurezza nazionale.
Questo è uno dei numerosi progetti in tutto il mondo incentrati sulla ricerca sulla fusione. Uno di questi è l’impianto ITER, con un budget di miliardi di euro ed è attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia.
ITER adotterà un approccio diverso alla fusione laser NIF; La struttura nel sud della Francia utilizzerà campi magnetici per contenere il plasma caldo, un gas caricato elettricamente. Questo concetto è noto come fusione a confinamento magnetico.
Ma costruire impianti di fusione commercialmente fattibili in grado di fornire energia alla rete richiederà un altro passo da gigante.
“La conversione di questo concetto in una fonte rinnovabile di energia elettrica sarà probabilmente un processo lungo e implicherà il superamento di importanti sfide tecniche, come la possibilità di ricreare questo esperimento più volte al secondo per produrre una fonte stabile di energia”, osserva Chittenden.
