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La maggior parte dell’energia che utilizziamo nella nostra vita quotidiana proviene dal sole. Le piante convertono l’energia solare in carboidrati, gli animali mangiano le piante e poi gli esseri umani mangiano entrambe. Alcune di queste piante e animali si decompongono in combustibili fossili, che poi utilizziamo per riscaldare le nostre case, caricare i nostri telefoni e alimentare le nostre auto. E se potessimo eliminare gli intermediari? Negli ultimi anni, gli scienziati cinesi hanno fatto enormi passi avanti verso questo obiettivo con la creazione di un "sole artificiale".
La Cina non ha letteralmente costruito un sole, ma i ricercatori stanno sfruttando il processo nucleare che alimenta la stella:la fusione. A differenza della fissione dei reattori convenzionali, la fusione fonde due nuclei leggeri in uno solo, rilasciando un'enorme quantità di energia e producendo solo elio come sottoprodotto. Ciò rende la fusione una fonte di energia molto più pulita rispetto alla combustione di combustibili fossili, che rilascia gas serra, o alla fissione, che genera rifiuti radioattivi a vita lunga.
Controllare la fusione è estremamente difficile. Richiede temperature di milioni di gradi e pressioni tali da schiacciare qualsiasi materiale. Nel nucleo del Sole, l’idrogeno fonde a circa 50-60 milioni di gradi Fahrenheit e ad una pressione di 3,6 miliardi di psi, oltre 200 miliardi di volte la pressione sulla superficie terrestre. Replicare queste condizioni in un laboratorio è una sfida enorme, e mantenerle è ancora più difficile. Ecco perché il recente successo dell'Istituto cinese di fisica del plasma, che ha prodotto e sostenuto plasma per oltre 1.000 secondi il 20 gennaio 2025, è una pietra miliare.
La svolta della Cina è arrivata con il Tokamak Superconduttore Avanzato Sperimentale, o EAST. Sebbene esistano molti tokamak in tutto il mondo, EAST è l’unico che ha mantenuto stabile il plasma per un periodo così lungo. I principi alla base di un tokamak, tuttavia, sono relativamente semplici.
Innanzitutto, il contenimento. Poiché il plasma è troppo caldo perché qualsiasi materiale possa sopravvivere al contatto, un tokamak utilizza un campo magnetico a forma di ciambella per sospendere il plasma:non sono necessarie pareti fisiche. Facendo ruotare il plasma, i suoi elettroni si allineano in un'unica direzione, conferendo al plasma una carica elettromagnetica che può essere tenuta in alto come un magnete fluttuante.
In secondo luogo, la pressione. La pressione interna del Sole è enorme, ma in un tokamak ci affidiamo alla legge dei gas ideali per collegare temperatura e pressione. EST raggiunge temperature superiori a 180 milioni di gradi Fahrenheit, consentendo alla pressione di rimanere relativamente bassa pur consentendo reazioni di fusione.
Anche se il plasma non tocca mai le pareti del reattore, emette comunque un calore intenso. La vera sfida ingegneristica è impedire che il calore fonda i componenti circostanti. Per fare ciò, i progettisti del tokamak utilizzano superconduttori ad alta temperatura, che conducono l'elettricità quasi senza resistenza anche a temperature estreme.
Mentre la maggior parte dei reattori utilizza superconduttori a bassa temperatura che richiedono un raffreddamento massiccio, EAST utilizza ossido di rame bario delle terre rare (REBCO). REBCO elimina la necessità di grandi sistemi criogenici e migliora l'efficienza energetica, fondamentale per un reattore a fusione che deve produrre più energia di quanta ne consuma.
Ridurre la perdita di energia è essenziale per portare la fusione nel regno dell’energia pratica e pulita. Ogni miglioramento incrementale, come il tokamak EAST della Cina, ci avvicina a questo obiettivo.
