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La frase "energia nucleare" evoca immagini di grandi torri fumanti o del reattore ad arco di Tony Stark degli iconici film "Iron Man". Ma due startup con sede a Seattle stanno progettando tecnologie nucleari abbastanza piccole da raccogliere e trasportare che, grazie in parte al buy-in del Dipartimento della Difesa, sperano alimenteranno una nuova generazione di astronavi.
La Avalanche Energy e la Ultra Safe Nuclear Corporation di Seattle hanno ricevuto a maggio importi non divulgati di finanziamenti dalla Defense Innovation Unit del Pentagono per sviluppare ulteriormente due diversi approcci all'energia nucleare su piccola scala.
Avalanche sta spingendo i confini della fusione nucleare mentre Ultra Safe mira a rivoluzionare le batterie di radioisotopi nucleari, come quelle che alimentano i rover su Marte. Entrambe le società dovrebbero consegnare prototipi di veicoli spaziali funzionali al Pentagono entro il 2027.
"Il nucleare è un'area interessante perché tradizionalmente è stata principalmente nel regno del governo", ha affermato il maggiore dell'aeronautica americana Ryan Weed, responsabile del programma per la propulsione nucleare e il programma energetico della Defense Innovation Unit. L'unità, l'avamposto del Pentagono nella Silicon Valley, lavora esclusivamente con aziende del settore privato per adattare le tecnologie emergenti all'uso militare.
Dopo sei decenni di ricerca sulla scienza dei materiali, i combustibili nucleari sono relativamente sicuri e vengono adottati nel settore privato. La crisi climatica ha anche spostato l'opinione pubblica verso l'accettazione del nucleare come possibile sostituto dei combustibili fossili. I massicci progressi nella modellazione al computer hanno reso più fattibile lo sviluppo commerciale dell'energia nucleare, ha affermato Chris Hansen, un ricercatore sulla fusione che dirige un laboratorio all'Università di Washington.
Lo stato di Washington ha una relazione con la ricerca nucleare che risale al sito di Hanford dell'era della seconda guerra mondiale, che ha prodotto la maggior parte del plutonio per gli Stati Uniti. Mettendo da parte la sua storia moralmente complessa, Hanford ha innegabilmente promosso una "cultura dell'esperienza nucleare" nello stato, ha affermato Scott Montgomery, docente presso la Jackson School of International Studies dell'Università di Washington.
Oggi, lo stato è un hub per le startup nucleari commerciali, in particolare le aziende che cercano di crackare la fusione nucleare su piccola scala. A differenza della fissione, che genera energia scomponendo metalli radioattivi pesanti come l'uranio, la fusione si verifica quando due nuclei atomici più piccoli si scontrano per formare il nucleo più grande di un elemento diverso, rilasciando energia nel processo.
Brian Riordan, co-fondatore di Avalanche, ama visualizzare la fusione come se cercasse di unire due sfere magnetiche ricoperte di velcro.
"Il velcro agisce su una distanza molto breve, ma se riuscissi ad avvicinarli abbastanza e il velcro fosse forte, si attaccherebbero", ha detto Riordan.
È difficile ottenere la fusione perché, come i magneti ricoperti di velcro, gli ioni caricati positivamente si respingono naturalmente a vicenda. È ancora più difficile confezionarlo in un piccolo contenitore. Caso in questione:più di 35 paesi hanno speso anni e miliardi di dollari per costruire il reattore Iter Tokamak nel sud della Francia. La macchina non si accenderà fino al 2025 e non sarà commercialmente valida almeno fino al 2035.
Nel frattempo, le startup di Seattle stanno facendo notizia.
Il più grande ostacolo ingegneristico alla fusione è fare in modo che la macchina produca più energia di quanta ne consumi, ma la scorsa settimana Zap Energy, con sede a Seattle, ha dichiarato che prevede di avere un prototipo funzionante entro l'anno. Nel 2021, Helion Energy, con sede a Everett, ha annunciato che avrebbe iniziato a costruire il primo reattore a fusione nucleare commerciale a Everett con una data di completamento prevista per il 2028.
Avalanche, co-fondata dagli ex ingegneri di Blue Origin Riordan e Robin Langtry, è entrata nella corsa alla fusione nel 2018 e ha brevettato un nuovo reattore a fusione delle dimensioni di una scatola da pranzo chiamato "Orbitron".
Il dispositivo combina due strumenti esistenti in una camera a vuoto:un "orbitrap", che imbriglia ioni caricati positivamente in una piccola orbita attorno a un catodo caricato negativamente, e un "magnetron", che genera un flusso di elettroni. L'introduzione di elettroni nel reattore neutralizza la carica positiva e consente a un numero maggiore di ioni di entrare nello spazio, e impacchettare più ioni in quel piccolo spazio aumenta esponenzialmente le possibilità di fusione.
Il team sta perfezionando il primo prototipo e prevede di passare a un dispositivo più grande ad agosto. La principale sfida ingegneristica sarà la miniaturizzazione del conduttore ad alta tensione in modo che si adatti al pacchetto desiderato ma fornisca comunque energia sufficiente al catodo in modo che gli ioni orbitino abbastanza velocemente da fondersi insieme.
Alla fine, il prodotto finito dovrebbe produrre tra 5 e 15 kilowatt, anche se gli utenti potrebbero raggruppare molte unità insieme per produrre quantità di energia molto maggiori. Le dimensioni rendono Orbitron favorevole ai viaggi nello spazio, il che contraddistingue Avalanche durante il processo di selezione del contratto del Pentagono, ha affermato Weed, project manager della Defense Innovation Unit.
Mentre Avalanche tenta di sbloccare la fusione su piccola scala, Ultra Safe sta sviluppando una nuova e migliorata "batteria nucleare" chiamata EmberCore. Questi dispositivi sono essenzialmente rocce radioattive calde che rilasciano costantemente energia mentre decadono.
"Puoi usare la roccia calda come roccia calda, oppure puoi avvolgerla intorno alla tecnologia di conversione dell'energia per trasformare quel calore in elettricità", ha affermato Adam Schilffarth, direttore della strategia per la divisione tecnologie avanzate di Ultra Safe.
La NASA ha storicamente utilizzato il plutonio per le batterie dei radioisotopi, come quelle che alimentano il rover Curiosity su Marte e le sonde per lo spazio profondo Voyager 1 e 2. Tuttavia, il plutonio è una sostanza costosa, rara e pericolosa. Ultra Safe ha esplorato diversi isotopi, come il cobalto-60 e il tulio, che possono essere scalati per produrre 10 volte l'energia dei tradizionali sistemi di plutonio pur essendo più sicuri ed economici.
Il primo prodotto EmberCore Ultra Safe introdotto sul mercato ha le dimensioni di una mela. Funziona come uno "scaldamani" per gli sbarchi sulla luna in modo che possano sopravvivere a una notte lunare di 14 giorni, ha affermato Chris Morrison, ingegnere capo del progetto EmberCore. The final prototype for the Pentagon will be the size of a small filing cabinet.
Weed said EmberCore and Orbitron may allow spacecraft to travel farther and eliminate reliance on solar panels. With such large power capacities, these technologies could also spawn a new generation of spacecraft that can easily jump between Earth's orbit levels. That could open the door to all kinds of commercial space travel, tourism and trade.
"These new propulsion systems will enable us to have known new missions, and so it'll affect how we employ space power," Weed said. "It'll definitely be a game changer." + Esplora ulteriormente
©2022 The Seattle Times.
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