Realizzare la fusione nucleare sulla Terra, lo stesso processo che alimenta il sole e le stelle, è un’impresa estremamente complessa e impegnativa. Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando allo sviluppo dell’energia da fusione come fonte di energia pulita e abbondante, ma ci sono ostacoli significativi da superare, uno dei quali è la necessità di materiali migliori.

In un reattore a fusione, il combustibile, in genere gli isotopi dell’idrogeno (deuterio e trizio), deve essere riscaldato a temperature estremamente elevate (oltre 100 milioni di gradi Celsius) e confinato per un tempo sufficiente affinché avvengano le reazioni di fusione. Ciò richiede materiali in grado di resistere a queste condizioni estreme senza sciogliersi, rompersi o rilasciare impurità che potrebbero interrompere il processo di fusione.

Alcune delle sfide chiave e dei requisiti materiali per i reattori a fusione includono:

1. Temperature estreme: I materiali utilizzati nel nocciolo del reattore devono essere in grado di resistere alle temperature incredibilmente elevate generate dalle reazioni di fusione. Questi materiali dovrebbero essere resistenti alla fusione, all'evaporazione e alla sublimazione. A questo scopo si stanno studiando ceramiche ad alta temperatura e materiali compositi.

2. Componenti rivolti verso il plasma: Le superfici direttamente rivolte verso il plasma caldo nel reattore sono soggette a intenso flusso di calore, bombardamento di particelle ed erosione. Questi componenti devono essere in grado di gestire gli elevati carichi termici e resistere ai danni derivanti dalle interazioni del plasma. Sono allo studio materiali come tungsteno, berillio e compositi in fibra di carbonio.

3. Resistenza alle radiazioni neutroniche: Le reazioni di fusione producono neutroni ad alta energia che possono danneggiare i materiali spostando gli atomi e creando difetti. I materiali utilizzati nel reattore devono essere resistenti ai danni indotti dalle radiazioni per mantenere l'integrità strutturale e la longevità. Metalli come le leghe di vanadio e molibdeno, nonché ceramiche come il carburo di silicio, si dimostrano promettenti in questo senso.

4. Rilascio di impurità basse: Le impurità introdotte nel plasma possono estinguere le reazioni di fusione e ridurre l'efficienza del reattore. I materiali utilizzati nel reattore devono avere bassi livelli di impurità e non devono degassare o rilasciare contaminanti che potrebbero interferire con il processo di fusione.

5. Compatibilità del campo magnetico: I reattori a fusione spesso fanno affidamento su potenti campi magnetici per confinare il plasma. I materiali utilizzati nel reattore dovrebbero essere compatibili con questi campi magnetici e non influenzare in modo significativo l'intensità o la stabilità del campo magnetico.

Lo sviluppo di materiali che soddisfino questi severi requisiti è un aspetto critico della ricerca sulla fusione. Gli scienziati esplorano costantemente nuovi materiali e combinazioni di materiali, spesso attraverso modelli computazionali avanzati e test sperimentali, per trovare soluzioni in grado di resistere alle condizioni estreme di un reattore a fusione. Questa ricerca e sviluppo continui sono cruciali per il progresso dell’energia da fusione come fonte praticabile e praticabile di energia futura.