I tecnici lavorano nel biocampo durante il lancio della fase di assemblaggio del tokamak del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER). (Foto: Getty Images)
Esperto ospite. È stato per decenni, addirittura centinaia di anni, il sogno folle di molti scienziati e sognatori: produrre energia attraverso la fusione nucleare. Se questo era l’argomento che abbiamo trattato qualche anno fa, si sono appena verificati grandi progressi. Cosa dovresti considerare e quali sono le opportunità di investimento? Riepilogo e analisi.
fatti
Nel caso del reattore a fusione WEST francese, come riportato dal National Geographic, gli scienziati sono stati in grado di mantenere il plasma alla sbalorditiva temperatura di 100 milioni di gradi Fahrenheit per sei minuti, superando di gran lunga la temperatura del nucleo del Sole, che è di circa 27 milioni di gradi Fahrenheit.
L’esperimento (riuscito) rende finalmente possibile raggiungere l’obiettivo di accensione promesso quando fu avviata la costruzione del National Ignition Facility nel 1997. Tuttavia, quando le operazioni iniziarono nel 2009, l’impianto non produsse praticamente alcun prodotto di fusione, una delusione imbarazzante dopo un investimento di 3,5 miliardi di dollari. costo in dollari. Investimenti da parte del governo federale.
National Geographic riferisce che un chilogrammo di combustibile per fusione – principalmente una miscela di isotopi di idrogeno, deuterio e trizio – potrebbe produrre quattordici milioni di volte più energia di un chilogrammo di combustibile fossile, evitando le emissioni di gas serra. Questi numeri impressionanti confermano il potenziale della fusione nucleare come fonte inesauribile di energia pulita.
In effetti, la reazione di fusione in laboratorio ha prodotto più energia di quella necessaria per catalizzarla.
Cos’è la fusione nucleare?
La fusione nucleare imita i processi naturali che avvengono nel nucleo del Sole, dove gli atomi di idrogeno si fondono per formare elio, rilasciando un’enorme energia che supera di gran lunga quella della fissione nucleare.
Luis Delgado Aparicio, che dirige i progetti avanzati del PPPL, descrive la fusione nucleare come una sorta di “sole artificiale sulla Terra”. Si tratta di una sfida importante, perché richiede il raggiungimento di temperature superiori a quelle presenti nel nucleo del Sole riducendo al contempo i livelli di pressione per facilitare la fusione.
Un altro grosso ostacolo è il mantenimento della reazione di fusione nucleare, che probabilmente finirà rapidamente, soprattutto se il combustibile verrà contaminato. Inoltre, affinché la fusione nucleare sia fattibile, deve produrre più energia di quella utilizzata per riscaldare il plasma a temperature così estreme. Recenti esperimenti hanno permesso di produrre il 15% in più di energia, anche se non esiste una produzione netta di energia.
Il Tokamak, che ha una forma circolare con un foro centrale, è un tipo specifico di reattore a fusione in cui il plasma è contenuto da un forte campo magnetico. La scelta del materiale della parete del reattore è un elemento chiave del progetto.
Il reattore di West originariamente utilizzava carbonio nelle sue pareti perché era facile da maneggiare, ma assorbiva il trizio dalla miscela di carburante. Nel 2012 è stato sostituito dal tungsteno che, nonostante i problemi che pone, come la fusione e la contaminazione da parte del plasma ad alta temperatura, sarà utilizzato anche in ITER, il più grande progetto di reattore a fusione sperimentale nel sud della Francia.
Gli scienziati del PPPL hanno inoltre sviluppato uno strumento diagnostico migliorato per controllare con precisione la temperatura del plasma e monitorare i movimenti del tungsteno nel reattore. Queste informazioni verranno utilizzate nei lavori in corso presso il reattore ITER.
Qual è l’obiettivo finale?
La fusione sarebbe essenzialmente una fonte di energia a emissioni zero e contribuirebbe a ridurre la necessità di centrali elettriche che bruciano carbone e gas naturale, che rilasciano ogni anno nell’atmosfera miliardi di tonnellate di anidride carbonica che riscalda il pianeta.
Ma ci vorrà del tempo prima che la fusione nucleare diventi disponibile su scala pratica e diffusa, sempre che lo sia.
Stiamo parlando di decenni qui.
Gli sforzi di fusione fino ad oggi hanno utilizzato principalmente reattori a forma di ciambella chiamati tokamak. In questi reattori, l’idrogeno gassoso viene riscaldato a temperature sufficientemente elevate da privare i nuclei di idrogeno degli elettroni, creando i cosiddetti plasmi, che sono nubi di nuclei carichi positivamente ed elettroni caricati negativamente.
I campi magnetici intrappolano il plasma nella torta, i nuclei si fondono e rilasciano energia sotto forma di neutroni che volano verso l’esterno.
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