Litio, il metallo argenteo leggero utilizzato in tutto, dalle applicazioni farmaceutiche alle batterie che alimentano il tuo smartphone o l'auto elettrica, potrebbe anche aiutare a sfruttare sulla Terra l'energia di fusione che illumina il sole e le stelle. Il litio può mantenere il calore e proteggere le pareti all'interno dei tokamak a forma di ciambella che ospitano reazioni di fusione, e servirà a produrre trizio, l'isotopo dell'idrogeno che si unirà al cugino deuterio per alimentare la fusione nei futuri reattori.

Presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, i ricercatori hanno completato un aggiornamento di tre anni del Lithium Tokamak Experiment, ora chiamato Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β), un dispositivo unico che metterà alla prova la capacità del metallo di mantenere il calore e proteggere le pareti dell'attuale -tokamak più potente.

Iniettore raggio neutro

L'aggiornamento, finanziato dal DOE Office of Science, installato un iniettore a raggio neutro, in prestito a lungo termine da Tri Alpha Energy, ora TAE Technologies—per riscaldare, carburante e aumentare la densità del plasma. Altri miglioramenti includono un aumento del campo magnetico che confina il plasma, e installazione di nuovi sistemi al litio. I miglioramenti avvicinano le condizioni dell'esperimento a quelle di un reattore a fusione, disse Dick Majeski, ricercatore principale dell'esperimento.

Il nuovo dispositivo, che utilizza un rivestimento di litio per rivestire la parete interna del piccolo tokamak, prima dell'aggiornamento era diventato il primo a mantenere la temperatura costante dal caldo, nucleo centrale del plasma al bordo esterno normalmente freddo. "La macchina è ora pronta per sfruttare tutte le capacità dell'aggiornamento, " disse Phil Eftimion, capo dell'unità di scienza e tecnologia del plasma di PPPL, che sovrintende all'esperimento.

Fusion combina elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

Per completare l'aggiornamento, il team ha prodotto 500 kilowatt di potenza del raggio neutro aumentando di due terzi la forza del campo magnetico che confina il plasma, e ricoprire le pareti del tokamak con un rivestimento al litio; il metallo apparentemente magico assorbe le particelle di plasma vaganti e impedisce loro di rimbalzare nel nucleo del plasma e di raffreddarlo. Il team ha ulteriormente aumentato la potenza del raggio neutro a oltre 600 kilowatt, aumentando la potenza di riscaldamento della macchina di un fattore 10.

Mantieni ancora un buon confinamento?

Il prossimo test è se la macchina aggiornata può mantenere un buon confinamento e una temperatura costante in plasmi molto più caldi, con campi magnetici più forti. L'aggiornamento del raggio manterrà la densità dal calo e dimostrerà se il plasma più caldo ed energetico può ancora essere controllato.

La costruzione dell'aggiornamento richiedeva passaggi che includevano l'installazione di un alimentatore più potente e un nuovo evaporatore al litio ed era "un compito difficile da realizzare, " Ha detto Majeski. "Tutti hanno lavorato molto duramente. Abbiamo ricevuto molto aiuto dal team di ingegneri NSTX-U [National Spherical Torus Experiment-Upgrade] del laboratorio." Tom Kozub del team ha supervisionato lo sforzo ingegneristico e il fisico Dennis Boyle ha eseguito il dispositivo quando ha soddisfatto i requisiti operativi.

A collaborare all'LTX-β ci sono scienziati di otto centri di ricerca in tutto il paese:Oak Ridge e Lawrence Livermore National Laboratories; Università di Princeton; Università della California, Los Angeles; Università del Wisconsin-Madison; Università di Washington; e Università del Tennessee, Knoxville.