Di Mirko Fallacia
Buone nuove finalmente! Il National Ignition Facility utilizza un potente laser per riscaldare e comprimere il combustibile a idrogeno, avviando la fusione.
Un esperimento suggerisce che l’obiettivo dell'”accensione”, in cui l’energia rilasciata dalla fusione supera quella erogata dal laser, è ora a portata di mano.
Sfruttare la fusione, il processo che alimenta il Sole, potrebbe fornire una fonte di energia pulita e illimitata.
In un processo chiamato fusione a confinamento inerziale, 192 raggi del laser del NIF – l’esempio a più alta energia al mondo – sono diretti verso una capsula delle dimensioni di un granello di pepe contenente deuterio e trizio, che sono diverse forme dell’elemento idrogeno.
Questo 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 a dare il via alla fusione termonucleare.
Un esperimento effettuato l’8 agosto ha prodotto 1,35 megajoule (MJ) di energia, circa il 70% dell’energia laser fornita alla capsula di combustibile. Raggiungere l’accensione significa ottenere una resa di fusione maggiore di 1,9 MJ immessi dal laser. Questo è un enorme progresso per la fusione e per l’intera comunità della fusione.
Come misura dei progressi, il rendimento dell’esperimento di questo mese è otto volte il record precedente del NIF, stabilito nella primavera del 2021, e 25 volte il rendimento degli esperimenti effettuati nel 2018.
Gli scienziati del NIF credono anche di aver ottenuto qualcosa chiamato “burning plasma”, in cui le stesse reazioni di fusione forniscono il calore per una maggiore fusione. Questo è fondamentale per rendere il processo autosufficiente.
“La combustione autosufficiente è essenziale per ottenere un rendimento elevato”, ha spiegato il dottor Callahan. “L’onda di combustione deve propagarsi nel combustibile ad alta densità per ottenere molta energia di fusione.
“Crediamo che questo esperimento sia in questo regime, anche se stiamo ancora facendo analisi e simulazioni per essere sicuri di capire il risultato”.
Come passo successivo, il dottor Callahan ha affermato che gli esperimenti sarebbero stati ripetuti. “Questo è fondamentale per la scienza sperimentale. Dobbiamo capire quanto siano riproducibili e quanto siano sensibili i risultati a piccoli cambiamenti”, ha detto.
“Dopodiché, abbiamo idee su come migliorare questo design e inizieremo a lavorarci il prossimo anno”.
Il mega-joule di energia rilasciato nell’esperimento è davvero impressionante in termini di fusione, ma in pratica equivale all’energia necessaria per far bollire un bollitore.
Energie di fusione molto più elevate si possono raggiungere attraverso l’accensione, e se si riuscisse a capire come tenere insieme il carburante più a lungo la combustione sarebbe maggiore. Questo sarà il prossimo orizzonte per la fusione a confinamento inerziale.
L’energia nucleare esistente si basa su un processo chiamato fissione, in cui un elemento chimico pesante viene diviso per produrne di più leggeri. La fusione invece funziona combinando due elementi leggeri per farne uno più pesante.
La costruzione della National Ignition Facility è iniziata nel 1997 ed è stata completata entro il 2009. I primi esperimenti per testare la potenza del laser sono iniziati nell’ottobre 2010.
L’altra funzione del NIF è quella di aiutare a garantire la sicurezza e l’affidabilità delle scorte di armi nucleari americane. A volte, gli scienziati che vogliono usare l’enorme laser per la fusione hanno avuto il loro tempo spremuto da esperimenti orientati alla sicurezza nazionale.
Ma nel 2013 è stato riferito che, durante gli esperimenti al NIF, la quantità di energia rilasciata attraverso la fusione aveva superato la quantità di energia assorbita dal carburante: una svolta e la prima per qualsiasi impianto di fusione al mondo. I risultati di questi test sono stati successivamente pubblicati sulla rivista Nature.
Il NIF è uno dei numerosi progetti in tutto il mondo orientati al progresso della ricerca sulla fusione. Includono l’impianto Iter multimiliardario, attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia.
Iter adotterà un approccio diverso alla fusione laser-driven al NIF; l’impianto nel sud della Francia utilizzerà campi magnetici per contenere plasma caldo – gas caricato elettricamente. Questo concetto è noto come fusione a confinamento magnetico (MCF).
Ma costruire impianti di fusione commercialmente validi in grado di fornire energia alla rete richiederà un altro passo da gigante.
Trasformare questo concetto in una fonte rinnovabile di energia elettrica sarà probabilmente un processo lungo e implicherà il superamento di sostanziali sfide tecniche, come essere in grado di ricreare questo esperimento più volte al secondo per produrre una fonte di energia stabile.