Fusione nucleare: un comune ingrediente chimico può migliorare le reazioni di fusione

Le particelle di boro, l'ingrediente principale del detergente domestico Borax, possono rivestire i componenti interni dei tokamak e migliorare l'efficienza delle reazioni di fusione

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La ricerca condotta dagli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) fornisce nuove prove che le particelle di boro, l’ingrediente principale del detergente domestico Borax, possono rivestire i componenti interni dei dispositivi al plasma a forma di ciambella noti come tokamak e migliorare l’efficienza delle reazioni di fusione.

“Il nostro esperimento fornisce informazioni chiave su come funziona questa tecnica”, ha affermato il fisico PPPL Alessandro Bortolon, autore principale di un articolo che riporta i risultati sulla fusione nucleare.

“I risultati aiuteranno a chiarire se l’iniezione controllata di polvere di boro potrebbe essere utilizzata per supportare il funzionamento efficiente dei futuri reattori a fusione”.

La fusione combina elementi luminosi sotto forma di plasma, lo stato caldo e carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, in un processo che può generare enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di sfruttare la fusione, che alimenta il Sole e le stelle, per creare una fornitura praticamente inesauribile di energia per generare elettricità.

I ricercatori hanno scoperto che la tecnica di iniezione del boro semplifica la produzione di plasmi ad alte prestazioni in tokamak con componenti interni rivestiti con elementi leggeri come il carbonio, comunemente usati nei dispositivi odierni. I risultati sono stati derivati ​​​​da esperimenti sulla DIII-D National Fusion Facility che la General Atomics gestisce per il DOE.

La ricerca integra i risultati precedenti degli esperimenti condotti sull’Axially Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U), gestito dal Max Planck Institute for Plasma Physics a Garching, in Germania. Questi esperimenti hanno dimostrato che la tecnica di iniezione del boro ha consentito l’accesso a plasmi ad alte prestazioni nei tokamak con interni rivestiti con metalli come il tungsteno. Insieme, gli esperimenti DIII-D e ASDEX-U forniscono prove evidenti del fatto che la tecnica di iniezione del boro garantirà buone prestazioni del plasma per una gamma di macchine a fusione.

Gli esperimenti DIII-D hanno anche riempito un’informazione mancante confermando che la tecnica di iniezione porta alla deposizione di uno strato di boro all’interno di un tokamak.

“Penserai intuitivamente che quando la polvere di boro cade nel plasma, il boro si dissolve e va da qualche parte nel tokamak“, ha detto Bortolon. “Ma nessuno aveva mai provato a confermare la formazione di uno strato di boro da parte del plasma stesso. Non c’erano informazioni. Questa è la prima volta che ciò viene mostrato e misurato direttamente utilizzando questa tecnica”.

Lo strato di boro impedisce il trasferimento di materiale dalla parete interna al plasma, mantenendo il plasma libero da impurità che potrebbero diluire il combustibile principale del plasma. Un minor numero di impurità rende il plasma più stabile e riduce la frequenza delle interruzioni.

La tecnica di iniezione potrebbe integrare o addirittura sostituire l’attuale tecnica per la deposizione del boro, che richiede la chiusura del tokamak per diversi giorni. Quella tecnica, nota come boronizzazione a scarica di bagliore, coinvolge anche gas tossici.

Il metodo della polvere di boro rimuove questi problemi. “Se usi l’iniezione di polvere di boro, non dovresti interrompere tutto e spegnere le bobine magnetiche del tokamak “, ha detto Bortolon. “Inoltre, non devi preoccuparti di maneggiare un gas tossico. Avere uno strumento come questo potrebbe essere estremamente importante per i futuri dispositivi di fusione”.

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