In un mondo che lotta per liberarsi dalla dipendenza dai combustibili fossili e alimentare il suo crescente appetito per l'energia, c'è una tecnologia in sviluppo che sembra quasi troppo bella per essere vera:la fusione nucleare.

Se funziona, l'energia da fusione offre grandi quantità di energia pulita con una fonte di combustibile quasi illimitata e praticamente zero emissioni di carbonio. Questo è se funziona. Ma ci sono squadre di ricercatori in tutto il mondo e miliardi di dollari vengono spesi per assicurarsi che lo faccia.

Nel febbraio dello scorso anno è iniziato un nuovo capitolo della ricerca sull'energia da fusione con l'apertura formale di Wendelstein 7-X. Si tratta di un reattore sperimentale a fusione da 1 miliardo di euro (1,4 miliardi di dollari australiani) costruito a Greifswald, Germania, per testare un progetto di reattore chiamato stellarator.

Si prevede che entro il 2021 circa sarà in grado di operare fino a 30 minuti di durata, che sarebbe un record per un reattore a fusione. Questo è un passo importante per dimostrare una caratteristica essenziale di una futura centrale elettrica a fusione:il funzionamento continuo.

Ma il W-7X non è l'unico gioco di fusione in città. Nel sud della Francia si sta costruendo ITER, un reattore sperimentale a fusione da 20 miliardi di dollari (26,7 miliardi di dollari australiani) che utilizza un design diverso chiamato tokamak. Però, anche se il W-7X e l'ITER impiegano design diversi, i due progetti si completano a vicenda, ed è probabile che le innovazioni in una di esse si traducano in un'eventuale centrale elettrica a fusione nucleare funzionante.

Colpi di scena

L'energia da fusione cerca di replicare la reazione che alimenta il nostro Sole, dove due atomi leggerissimi, come idrogeno o elio, sono fusi insieme. L'atomo fuso risultante finisce leggermente più leggero dei due atomi originali, e la differenza di massa viene convertita in energia secondo la formula di Einstein E=mc².

La difficoltà sta nell'incoraggiare i due atomi a fondersi, che richiede che vengano riscaldati a milioni di gradi Celsius. Contenere un combustibile così surriscaldato non è un'impresa facile, quindi viene trasformato in un gas ionizzato caldo – un plasma – che può essere contenuto all'interno di un campo magnetico in modo che non tocchi effettivamente l'interno del reattore.

Ciò che rende il W-7X particolarmente interessante è il suo design stellare. Comprende una camera a vuoto incorporata in una bottiglia magnetica creata da un sistema di 70 bobine magnetiche superconduttrici. Questi producono un potente campo magnetico per confinare il plasma caldo.

Stellarator e tokamak sono entrambi tipi di dispositivi di confinamento magnetico toroidali (a forma di ciambella) che vengono studiati per l'energia di fusione. In questi esperimenti un forte campo magnetico toroidale (o ad anello) crea una bottiglia magnetica per confinare il plasma.

Però, affinché il plasma abbia un buon confinamento nella camera a forma di ciambella, il campo magnetico deve avere una torsione. In un tokamak, come nel reattore ITER, una grande corrente scorre nel plasma per generare il percorso attorcigliato richiesto. Però, la grande corrente può guidare instabilità "kink", che può causare la distruzione del plasma.

Se il plasma viene interrotto, il reattore deve essere inondato di gas per spegnere il plasma ed evitare che danneggi l'esperimento.

In uno stellare, la torsione nel campo magnetico si ottiene torcendo l'intera macchina stessa. Questo rimuove la grande corrente toroidale, e rende il plasma intrinsecamente più stabile. Il costo deriva dalla complessità ingegneristica delle bobine di campo e dal confinamento ridotto, il che significa che il plasma è contenuto meno facilmente all'interno della bolla magnetica.

Vieni insieme

Mentre W7-X e ITER utilizzano approcci diversi, la maggior parte della tecnologia sottostante è identica. Sono entrambe macchine superconduttrici toroidali, ed entrambi utilizzano sistemi di riscaldamento esterni come la radiofrequenza e l'iniezione di raggio neutro per riscaldare il plasma, e gran parte della tecnologia diagnostica al plasma è in comune.

In una centrale elettrica, isotopi pesanti dell'idrogeno (deuterio e trizio) si fondono per formare elio insieme a un neutrone energetico. Mentre l'elio è contenuto all'interno del plasma, il neutrone ha una carica elettrica neutra, e spara nella "coperta" che circonda il plasma. Questo lo riscalda, che a sua volta aziona una turbina a vapore che genera elettricità.

Una caratteristica comune all'energia di fusione è la necessità di sviluppare materiali in grado di resistere al calore elevato e ai neutroni veloci generati dalla reazione di fusione. Indipendentemente dal design, la prima parete di un reattore a fusione deve resistere a un massiccio bombardamento di particelle ad alta energia per tutta la sua vita.

In questa fase, è troppo presto per dire se il design tokamak utilizzato da ITER o lo stellarator utilizzato da W-7X sarà più adatto per una centrale elettrica a fusione commerciale. Ma l'inizio delle operazioni di ricerca del W-7X non solo aiuterà a decidere quale tecnologia potrebbe essere la migliore da perseguire, ma contribuirà con preziose conoscenze a qualsiasi futuro esperimento di fusione, e forse un giorno una vera rivoluzione energetica.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.