I recenti rapporti di scienziati che perseguono un nuovo tipo di tecnologia di fusione nucleare 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 NSW utilizza potenti laser per fondere insieme atomi di idrogeno e boro, rilasciando particelle ad alta energia che possono essere utilizzate per generare elettricità. Come con altri tipi di tecnologia di fusione nucleare, però, la difficoltà sta nel costruire una macchina che possa avviare in modo affidabile la reazione e sfruttare l'energia che produce.

Cos'è la fusione?

La fusione è il processo che alimenta il Sole e le stelle. Si verifica quando i nuclei di due atomi sono forzati così vicini l'uno all'altro da combinarsi in uno, rilasciando energia nel processo. Se la reazione può essere domata in laboratorio, ha il potenziale per fornire elettricità di carico di base quasi illimitata con emissioni di carbonio praticamente pari a zero.

La reazione più semplice da avviare in laboratorio è la fusione di due diversi isotopi dell'idrogeno:deuterio e trizio. Il prodotto della reazione è uno ione elio e un neutrone in rapido movimento. La maggior parte della ricerca sulla fusione fino ad oggi ha perseguito questa reazione.

La fusione deuterio-trizio funziona meglio a una temperatura di circa 100, 000, 000℃. Confinare un plasma - il nome per lo stato della materia simile a una fiamma a tali temperature - quel caldo non è un'impresa da poco.

L'approccio principale per sfruttare l'energia 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 (il Tokamak Fusion Test Reactor) e nel Regno Unito (Joint European Torus). Infatti, una campagna di fusione deuterio-trizio avverrà quest'anno nell'esperimento del Regno Unito.

Questi esperimenti avviano una reazione di fusione utilizzando un massiccio riscaldamento esterno, e ci vuole più energia per sostenere la reazione di quanta la reazione stessa produca.

La prossima fase della ricerca tradizionale sulla fusione coinvolgerà un esperimento chiamato ITER ("la via" in latino) in costruzione nel sud della Francia. A ITER, gli ioni di elio confinati creati dalla reazione produrranno tanto riscaldamento quanto le fonti di riscaldamento esterne. Poiché il neutrone veloce trasporta quattro volte più energia dello ione elio, il guadagno di potenza è un fattore cinque.

ITER è una prova di concetto prima della costruzione di una centrale elettrica dimostrativa.

Cosa c'è di diverso nell'usare idrogeno e boro?

La tecnologia riportata da Hora e colleghi suggerisce di utilizzare un laser per creare un campo magnetico confinante molto forte, e un secondo laser per riscaldare una pastiglia di combustibile idrogeno-boro per raggiungere il punto di accensione della fusione.

Quando un nucleo di idrogeno (un singolo protone) si fonde con un nucleo di boro-11, produce tre nuclei energetici di elio. Rispetto alla reazione deuterio-trizio, questo ha il vantaggio di non produrre neutroni, che sono difficili da contenere.

Però, la reazione idrogeno-boro è molto più difficile da innescare in primo luogo. La soluzione di Hora è usare un laser per riscaldare un piccolo pellet di combustibile alla temperatura di accensione, e un altro laser per riscaldare bobine metalliche per creare un campo magnetico che conterrà il plasma.

La tecnologia utilizza impulsi laser molto brevi, dura solo nanosecondi. Il campo magnetico richiesto sarebbe estremamente forte, circa 1, 000 volte più forte di quello utilizzato negli esperimenti con deuterio-trizio. I ricercatori in Giappone hanno già utilizzato questa tecnologia per creare un campo magnetico più debole.

Hora e colleghi affermano che il loro processo creerà un "effetto valanga" nel pellet di combustibile che significa che si verificherà molta più fusione di quanto ci si aspetterebbe altrimenti. Sebbene vi siano prove sperimentali a sostegno di un certo aumento della velocità di reazione di fusione adattando il raggio laser e il bersaglio, per confrontare 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℃. Non ci sono prove sperimentali per un aumento di questa portata.

Dove da qui?

Gli esperimenti con idrogeno e boro hanno certamente prodotto risultati fisici affascinanti, ma le proiezioni di Hora e colleghi di un percorso quinquennale per realizzare l'energia da fusione sembrano premature. Altri hanno tentato la fusione innescata dal laser. Il National Ignition Facility negli Stati Uniti, Per esempio, ha tentato di ottenere l'accensione della fusione idrogeno-deuterio utilizzando 192 raggi laser focalizzati su un piccolo bersaglio.

Questi esperimenti hanno raggiunto un terzo delle condizioni necessarie per l'accensione per un singolo esperimento. Le sfide includono il posizionamento preciso del bersaglio, non uniformità del raggio laser, e instabilità che si verificano quando il bersaglio implode.

Questi esperimenti sono stati condotti al massimo due volte al giorno. Al contrario, le stime suggeriscono che una centrale elettrica richiederebbe l'equivalente di 10 esperimenti al secondo.

È molto probabile che lo sviluppo dell'energia da fusione venga realizzato dal programma internazionale tradizionale, con l'esperimento ITER al centro. L'Australia ha un impegno internazionale con il progetto ITER nei campi della teoria e della modellistica, scienza dei materiali e sviluppo tecnologico.

Gran parte di questo ha sede presso l'ANU in collaborazione con l'Australian Nuclear Science and Technology Organisation, che è il firmatario di un accordo di cooperazione con ITER. Detto ciò, c'è sempre spazio per l'innovazione intelligente e nuovi concetti, ed è meraviglioso vedere tutti i tipi di investimenti nella scienza della fusione.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.