Un importante successo nella fusione nucleare

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha dichiarato che il 13 dicembre per la prima volta, dopo diversi decenni di tentativi, gli scienziati hanno raggiunto un importante successo nella fusione nucleare. Sono finalmente riusciti a ottenere più energia di quanta ne avessero immessa nel sistema. Quanto è importante questo passo nello sviluppo di questa tecnologia? E quanto è lontano il sogno della fusione che fornisca energia abbondante e realmente pulita? 

Cos’è la Fusione Nucleare ?

La fusione è una reazione nucleare che combina due atomi per creare uno o più nuovi, con una massa totale leggermente inferiore della somma degli atomi di partenza. Questa differenza di massa viene rilasciata come energia, come descritto dalla famosa equazione di Albert Einstein, E = mc2. L’energia E, nell’equazione è appunto uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato. Poiché la velocità della luce c è enorme, convertire anche solo una piccola quantità di massa in energia, come accade in questo processo nucleare, produce una quantità altrettanto enorme di energia.

Ricercatori della National Ignition Facility in California hanno dimostrato, per la prima volta, ciò che è noto come “accensione a fusione”. Per accensione s’intende quando una reazione di fusione produce più energia di quella che viene immessa nella reazione da una fonte esterna e diventa autosufficiente. La tecnica utilizzata presso il National Ignition Facility ha utilizzato 192 laser indirizzati verso un contenitore d’oro delle dimensioni di 1mm, pieno di carburante deuterio e trizio, due isotopi dell’idrogeno con neutroni extra. 

Quando i laser colpiscono il contenitore, comprimono il combustibile a circa 20 volte la densità del piombo e a più di 3 milioni di gradi Celsius, circa 100 volte più caldo della superficie del Sole. Se si riesce a mantenere queste condizioni per un tempo sufficientemente lungo, il combustibile si fonderà e rilascerà energia.  

L’importante successo odierno

Per valutare il successo dell’esperimento di fusione, i fisici osservano il rapporto tra l’energia rilasciata dal processo di fusione e la quantità di energia all’interno dei laser. Questo rapporto è chiamato guadagno. Qualunque cosa al di sopra di un guadagno pari 1 significa che il processo di fusione ha rilasciato più energia di quanto ne è stata usata per far partire il processo stesso. Il 5 dicembre, il National Ignition Facility ha sparato una pallina di carburante con 2 milioni di joule di energia laser, la quantità di energia necessaria per far funzionare un asciugacapelli per 15 minuti, il tutto in pochi miliardesimi di secondo. 

Ciò ha innescato una reazione di fusione che ha rilasciato 3 milioni di joule. Si tratta di un guadagno pari a 1,5, infrangendo il precedente record di un guadagno di  0,7 raggiunto dalla struttura nell’agosto 2021 (rif.). L’energia da fusione è il “Santo Graal” della produzione di energia da quasi mezzo secolo. Un guadagno di 1,5 è, quindi un importante successo ed una svolta scientifica davvero storica nell’ambito della fusione nucleare. Ma c’è ancora molta strada da fare prima che questo sistema diventi una fonte di energia praticabile.

Sebbene l’energia del laser di 2 milioni di joule fosse inferiore alla resa della fusione, corrispondete a 3 milioni di joule, la struttura ha impiegato quasi 300 milioni di joule per produrre il fascio di laser utilizzato. Il test ha solo dimostrato che accendere la fusione è possibile ed è energeticamente conveniente. Adesso ci vorrà molto lavoro per migliorare l’efficienza fino al punto in cui il processo può fornire un ritorno energetico netto positivo prendendo in considerazione l’intero sistema e non solo un singola interazione tra i laser ed il combustibile.

I prossimi ostacoli

Il puzzle della fusione è composto da molteplici pezzi. Gli scienziati hanno costantemente migliorato il processo per produrre questo risultato e ulteriori lavori potranno rendere questo processo più efficiente. Quando il governo degli Stati Uniti ha completato la costruzione della National Ignition Facility nel 2009, era la struttura laser più potente del mondo. Si è passati da 1 milione di joule di energia dell’epoca ai 2 milioni di joule che produce oggi. Laser più potenti e motodiche meno energivore per produrre questi potenti getti di luce, potrebbero migliorare notevolmente l’efficienza complessiva del sistema.

Le condizioni di fusione sono  molto difficili da sostenere (rif.) e qualsiasi  piccola imperfezione della capsula o del carburante (rif.) può diminuire l’efficienza. Gli scienziati hanno fatto molti progressi per trasferire in modo più efficiente l’energia dal laser al contenitore (rif.). Ma attualmente solo dal 10% al 30% circa (rif.) dell’energia laser totale viene trasferita al carburante. Infine, mentre una parte del combustibile, il Deuterio, è naturalmente abbondante nell’acqua di mare, il Trizio è molto più raro (rif.). La fusione stessa in realtà produce l’isotopo Trizio, quindi i ricercatori stanno cercando di sviluppare metodiche per raccoglierlo direttamente dal processo. 

Questi e altri ostacoli scientifici, tecnologici e ingegneristici dovranno essere superati prima che la fusione possa produrre elettricità per le nostre casa. Sarà inoltre necessario lavorare per ridurre il costo di una centrale elettrica a fusione rispetto ai  3,5 miliardi di dollari usati per mettere in piedi il National Ignition Facility. Ma con questo importante successo, il mondo intero ha, per la prima volta, visto che il sogno della fusione nucleare è finalmente realizzabile.

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