Fusione nucleare: limite di Greenwald superato di un fattore 10

La fusione nucleare promette una fonte di energia sostenibile e virtualmente illimitata attraverso processi simili a quelli che alimentano il Sole, a patto che prima si riescano a risolvere alcuni problemi fisici fondamentali e piuttosto complessi.

La fusione nucleare è più vicina

Sono attualmente in fase di studio vari metodi per estrarre energia dagli atomi, ognuno con i suoi pro e contro. Nuove ricerche hanno indicato che presto potremmo avere un modo per superare un ostacolo importante nei processi che utilizzano tunnel a forma di ciambella noti come tokamak.

Un ostacolo alla fusione tokamak, noto come limite di Greenwald, precedentemente ipotizzato, è stato ora superato di un fattore dieci, grazie al lavoro di un team di ricercatori dell’Università del Wisconsin.

Sebbene i meccanismi alla base del limite non siano ben compresi, la regola empirica stabilisce un limite massimo per la densità elettronica nel plasma riscaldato del tokamak.

Lo studio

Avere un metodo affidabile per superare questo limite significa poter fare un balzo in avanti in termini di stabilità ed efficienza del reattore a fusione tokamak, avvicinandoci al giorno in cui la fusione nucleare potrà diventare una realtà pratica.

“Qui vengono presentati esperimenti tokamak con una densità elettronica che supera il limite di Greenwald fino a un fattore dieci in condizioni stabili, il che non ha precedenti“, hanno dichiarato i ricercatori.

La fusione nucleare, ovvero la forzatura dei nuclei atomici per liberare l’energia in eccesso, richiede un calore intenso creato dal confinamento delle particelle cariche che compongono il plasma.

Un tokamak è un tipo particolare di reattore a fusione nucleare che usa le correnti per guidare il plasma attraverso il centro di un grande anello cavo.

I campi magnetici all’interno di questa densità di particelle cariche aiutano a mantenerlo confinato, ma il plasma è più incline alle instabilità rispetto a quello di metodi simili, ed è altamente soggetto a un limite piuttosto rigido alla densità degli elettroni del plasma. Una densità maggiore di elettroni comporterebbe più reazioni e più energia.

Il team ha sostenuto che due caratteristiche chiave dell’MST abbiano contribuito a superare in modo così completo i limiti di questa densità: le sue pareti spesse e conduttive (per stabilizzare i campi magnetici che manipolano il plasma) e la sua alimentazione, che può essere regolata in base al feedback (di nuovo, fondamentale per la stabilità).

“La densità massima sembra essere determinata da limitazioni hardware piuttosto che dall’instabilità del plasma“, hanno spiegato i ricercatori.

È un’altra vittoria per la fusione tokamak in una serie di successi recenti. Negli ultimi anni gli scienziati sono stati impegnati a costruire reattori più grandi, aumentando l’energia prodotta da essi e raggiungendo temperature più elevate per le reazioni di fusione nucleare .

Questo non significa che la fusione nucleare sarà pronta a partire a breve, e ci sono delle riserve di cui parlare. Il plasma non stava operando a temperature ultra elevate come normalmente avviene nelle reazioni di fusione, quindi questi esperimenti dovranno essere ampliati in tal senso.

Conclusioni

Gli autori del nuovo studio sono convinti che gli scienziati riusciranno a capire come ottenere questi risultati su altre macchine, anche se c’è ancora molto lavoro da fare per analizzare esattamente perché questa particolare configurazione funziona così bene.

“Restano dei dubbi sul perché, in particolare, l’MST sia in grado di funzionare con un’elevata frazione di Greenwald e in che misura questa capacità potrebbe essere estesa a dispositivi con prestazioni più elevate”, hanno concluso i ricercatori.

La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.