La fusione controllata potrebbe rappresentare una componente fondamentale della produzione di energia elettrica e della cattura e sequestro dell'anidride carbonica atmosferica, che questa produzione renderebbe possibile nella seconda metà del XXI secolo . La Cina contribuisce alla padronanza della fusione con Iter, ma anche in modo complementare con il suo tokamak East, che ha appena battuto un record mondiale di durata operativa.
È noto da tempo che la temperatura al centro del Sole si aggira intorno ai 15 milioni di gradi. Ciò non richiedeva alcuna conoscenza di fisica nucleare e, in effetti, chiunque al primo anno di un corso di laurea in fisica può fare un calcolo veloce utilizzando la teoria cinetica di base dei gas nella meccanica classica e giungere a questa conclusione (si tratta di una semplice applicazione del cosiddetto teorema del viriale).
Ma se vogliamo riprodurre sulla Terra le reazioni di fusione reazioni termonucleari autosostenute, l'innesco di queste reazioni richiede il raggiungimento di circa 150 milioni di gradi perché la densità della miscela di nuclei necessaria per queste reazioni è molto più bassa. Inutile dire che nessuno materiale non poteva resistere a lungo a quella temperatura. Ecco perché, da oltre 50 anni, ingegneri efisicilavorare su fusione controllata, nella speranza di avere una fonte di energia abbondante e decarbonizzata, quasi senza rifiuti radioattivi ed economico, poiché utilizza campi magnetici per confinare il plasma iper-caldo, cugino di quello del Sole.
Presentazione del progetto Iter per la fusione nucleare controllata.
La strada più promettente per il successo sembra essere quella intrapresa molto tempo fa dai ricercatori russi con i cosiddetti tokamak. Non c'è dubbio che se i grandi fisici russi Igor Tamm e Andrej Sacharov, i primi a proporre il concetto di tokamak, sarebbero stati vincitori del premio “Vyzov” .
Un plasma confinato stabilmente per 1.066 secondi!
Non solo dobbiamo raggiungere temperature molto elevate, ma dobbiamo anche mantenere le reazioni di fusione per un tempo sufficientemente lungo, il che richiede di risolvere problemi di stabilità del plasma per evitare l'equivalente delle eruzioni solari e anche di produrre più energia di quanta ne sia necessaria complessivamente per innescare le reazioni di fusione, cosa che non siamo ancora in grado di fare nemmeno con la fusione inerziale, contrariamente a quanto potremmo credere .
I grandi tokamak sembrano essere la soluzione ed è questo che pensiamo di poter dimostrare con il progetto Iter, descritto nel video qui sopra. Si tratta di uno sforzo internazionale che si basa anche su progetti di ricerca complementari ma non indipendenti di diversi membri del progetto Iter.
Gli europei, ad esempio, continuano a sperimentare il leggendario JET , mentre i cinesi stanno sviluppando in particolare il " tokamak ".superconduttore sperimentale avanzato ”, noto come Est – per Experimental Advanced Superconducting Tokamak .
Gli ingegneri cinesi hanno annunciato di aver ulteriormente posticipato i limiti mondiali per il tempo di confinamento, secondo la famosa modalità H comune al reattore Iter, raggiungendo i 1.066 secondi, vale a dire quasi 18 minuti!
Presentazione della fusione con confinamento magnetico in un tokamak. © CEA, DR
Tokamak, ovvero il Sole in una scatola magnetica
Il primo tokamak al mondo fu la macchina russa T1 presso l'Istituto Kurchatov di Mosca (nella foto). I suoi successori hanno permesso di compiere notevoli progressi nella conoscenza e nel controllo della stabilità del plasma.
Lo sapevate?
Ricordiamo che il plasma è spesso definito il quarto stato della materia. Si forma in particolare quando un gas è così caldo che i suoi atomi perdono uno o addirittura tutti i loro elettroni. Si tratta quindi di una miscela di ioni ed elettroni liberi, ma che non è più un gas, come quello che dà origine all'aurora boreale . In effetti, si può addirittura affermare che la maggior parte della materia normale nell'Universo si trova allo stato di plasma, sia nelle stelle che nel mezzo interstellare, in cui sta attualmente viaggiando la sonda Voyager 1 .
Per produrre energia da fusione con il plasma nei laboratori terrestri, la sua temperatura deve essere molto elevata, molto più alta di quella della superficie del Sole o del centro della Terra, le cui temperature si aggirano intorno ai 6.000 K. Inutile dire che tale plasma non può essere conservato come l'aria compressa in una bottiglia, perché nessun materiale potrebbe resistere a temperature ben superiori a un milione di gradi. Già negli anni '50, i fisici cominciarono a considerare questo problema partendo da un'idea: confinare le particelle di plasma cariche mediante campi magnetici, il che consentiva di limitare le interazioni tra il plasma e la parete del contenitore. Ciò spinse i grandi fisici russi Igor Tamm e Andrej Sacharov a proporre il concetto di tokamak , acronimo russo per camera toroidale con bobine magnetiche.
Il primo risultato importante fu ottenuto nel 1968, sempre da ricercatori russi, i quali dimostrarono che era possibile controllare alcune instabilità del plasma che fino ad allora avevano bloccato la via della fusione controllata dal confinamento magnetico. Dagli anni '60 al 1985, la fisica del plasma e la tecnologia nei tokamak hanno compiuto progressi tali da consentire il raggiungimento di confinamenti magnetici stabili. Controllare in una certa misura la stabilità del plasma è una cosa, ma resta il problema di mantenere il confinamento sufficientemente a lungo e in condizioni tali da poter ricavare da questa reazione di fusione più energia di quanta ne fosse stata spesa per avviarla. Da allora questo è stato l'obiettivo principale delle ricerche condotte in tutto il mondo.
