Rapporti recenti di scienziati che studiano un nuovo tipo di tecnologia di fusione sono incoraggianti, ma siamo ancora a una certa distanza dal “Santo Graal dell'energia pulita”.
La tecnologia, sviluppata da Heinrich Hora e dai suoi colleghi dell'Università del New South Wales, utilizza potenti laser per fondere idrogeno e atomi di boro, rilasciando particelle ad alta energia che possono essere utilizzate per generare elettricità.
Tuttavia, come con altri tipi di tecnologia di fusione, la sfida consiste nel creare una macchina in grado di avviare una reazione in modo affidabile e utilizzare l'energia che produce.
Cos'è l'energia da fusione?
La fusione è il processo che alimenta il sole e le stelle. Ciò accade quando i nuclei di due atomi sono così vicini l'uno all'altro da combinarsi in uno, rilasciando energia nel processo.
Se la reazione può essere replicata in laboratorio, può fornire una potenza di carico di base virtualmente illimitata con un'impronta di carbonio praticamente nulla.
La reazione più semplice che può essere avviata in un laboratorio è la fusione di due diversi isotopi dell'idrogeno: deuterio e trizio. Il prodotto di reazione è uno ione di elio e un neutrone in rapido movimento. La maggior parte degli studi di sintesi fino ad oggi hanno perseguito questa reazione.
La fusione deuterio-trizio funziona meglio a circa 100.000.000 ℃. Il confinamento al plasma è il nome dato allo stato della materia simile alla fiamma a tali temperature.
L'approccio principale all'uso delle forze di fusione è chiamato confinamento magnetico toroidale. Le bobine superconduttrici vengono utilizzate per creare un campo circa un milione di volte più forte del campo magnetico terrestre per contenere il plasma.
Gli scienziati hanno già ottenuto la fusione deuterio-trizio in esperimenti negli Stati Uniti (reattore di prova per la fusione a Tokamak) e nel Regno Unito (United European Torus). In effetti, quest'anno un esperimento britannico condurrà una campagna di fusione deuterio-trizio.
Questi esperimenti avviano una reazione di fusione utilizzando un massiccio riscaldamento esterno e per sostenere la reazione è necessaria più energia di quanta ne produca la reazione stessa.
La prossima fase di una grande ricerca sulla fusione includerà un esperimento chiamato ITER (in latino “percorso”) da realizzare nel sud della Francia. In ITER, i limitati ioni di elio prodotti dalla reazione produrranno tanta energia quanto le fonti esterne. Poiché un neutrone veloce trasporta quattro volte più energia di uno ione di elio, la potenza aumenterà di cinque volte.
Qual è la differenza tra l'uso di idrogeno e boro?
La tecnologia, riportata da Hora e dai suoi colleghi, prevede l'uso di un laser per creare un campo magnetico confinante molto forte e un secondo laser per riscaldare il pellet di combustibile idrogeno per raggiungere il punto di infiammabilità.
Quando un nucleo di idrogeno (un protone) si fonde con un nucleo di boro-11, si formano tre nuclei di energia dell'elio. Rispetto alla reazione deuterio-trizio, il vantaggio è che non ci sono neutroni difficili da contenere.
La soluzione di Hora è usare un laser per riscaldare un piccolo pellet di combustibile alla sua temperatura di accensione e un altro laser per riscaldare le bobine metalliche per creare un campo magnetico che conterrà il plasma.
La tecnologia utilizza impulsi laser molto brevi, di durata solo nanosecondi. Il campo magnetico richiesto sarebbe estremamente forte, circa 1000 volte più forte del campo utilizzato negli esperimenti con deuterio e trizio.
Hora e colleghi sostengono che il loro processo creerà un “effetto valanga” nel pellet di combustibile, il che significa che avverrà molta più fusione di quanto ci si aspetterebbe.
Sebbene ci siano prove sperimentali a supporto di un leggero aumento della velocità di reazione di fusione adattando il raggio laser e il bersaglio, per il confronto con le reazioni deuterio-trizio, l'effetto valanga dovrebbe aumentare la velocità di reazione di fusione di oltre 100.000 volte a 100.000.000 ℃.
Gli esperimenti con idrogeno e boro hanno sicuramente prodotto risultati fisici entusiasmanti, ma le previsioni di Hora e colleghi su un percorso di cinque anni per realizzare l'energia termonucleare sembrano premature. Altri scienziati hanno già provato a lanciare la fusione laser. Ad esempio, hanno cercato di ottenere l'accensione dalla fusione di idrogeno-deuterio utilizzando 192 raggi laser focalizzati su un piccolo bersaglio.
Questi esperimenti hanno raggiunto un terzo delle condizioni richieste per un esperimento. I problemi includono il posizionamento preciso del bersaglio, le irregolarità del raggio laser e l'instabilità causata dalle esplosioni.
Lo sviluppo dell'energia termonucleare sarà molto probabilmente implementato dal principale programma internazionale, che si basa sull'esperimento ITER. L'Australia ha una cooperazione internazionale con il progetto ITER nei campi della teoria e della modellazione, della scienza e della tecnologia dei materiali.
Matthew Hole, Senior Research Fellow, Institute of Mathematical Sciences, Australian National University.
Questo articolo è stato pubblicato da The Conversation.
Fonti: Foto: CCFE / JET
