Ottenuta la fusione nucleare autosufficiente… Ma replicarla sarà un problema

I ricercatori del National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory in California hanno trascorso oltre un decennio a perfezionare la loro tecnica e ora hanno confermato che l’esperimento fondamentale condotto l’8 agosto 2021 ha prodotto la prima accensione riuscita di una reazione di fusione nucleare.

Tuttavia, non sono esattamente sicuri di come ricreare l’esperimento.

La fusione nucleare si verifica quando due atomi si combinano per creare un atomo più pesante, rilasciando un’enorme quantità di energia nel processo. È un processo che accade spesso in natura, ma è molto difficile da replicare in laboratorio perché ha bisogno di un ambiente ad alta energia per mantenere viva la reazione.

Il Sole genera energia utilizzando la fusione nucleare, fondendo tra loro atomi di idrogeno per creare elio. Anche le supernove, stelle che esplodono, sfruttano la fusione nucleare per i loro fuochi d’artificio cosmici. Il potere di queste reazioni è ciò che crea molecole più pesanti come il ferro.

Negli ambienti artificiali qui sulla Terra, tuttavia, il calore e l’energia tendono a fuoriuscire attraverso meccanismi di raffreddamento come i raggi X e la conduzione del calore. Per rendere la fusione nucleare una valida fonte di energia sfruttabile per i nostri scopi, gli scienziati devono prima ottenere qualcosa chiamato “accensione”, in cui i meccanismi di autoriscaldamento superano tutta la perdita di energia.

Una volta raggiunta l’accensione, la reazione di fusione si autoalimenta.

Nel 1955, il fisico John Lawson creò la serie di criteri, ora noti come “criteri di accensione Lawson-like“, per aiutare a riconoscere quando è avvenuta questa accensione. L’accensione delle reazioni nucleari di solito avviene all’interno di ambienti estremamente intensi, come supernova o armi nucleari.

In una recente analisi, l’esperimento del 2021 è stato giudicato rispetto a nove diverse versioni del criterio di Lawson.

“Questa è la prima volta che abbiamo superato il criterio di Lawson in laboratorio“, ha detto a New Scientist la fisica nucleare Annie Kritcher della National Ignition Facility .

Per ottenere questo effetto, il team ha posizionato una capsula di combustibile di trizio e deuterio al centro di una camera di uranio impoverito rivestita d’oro e ha sparato su di essa 192 laser ad alta energia per creare un bagno di raggi X.

L’ambiente intenso generato dalle onde d’urto dirette verso l’interno ha creato una reazione di fusione autosufficiente. In queste condizioni, gli atomi di idrogeno hanno subito la fusione, rilasciando 1,3 megajoule di energia per 100 trilionesimi di secondo, ovvero 10 quadrilioni di watt di potenza.

Nell’ultimo anno, i ricercatori hanno cercato di replicare il risultato in quattro esperimenti simili, ma sono riusciti a produrre solo la metà della resa energetica prodotta nell’esperimento iniziale da record.

L’accensione è molto sensibile a piccoli cambiamenti appena percettibili, come le differenze nella struttura di ciascuna capsula e l’intensità dei laser, ha spiegato Kritcher.

“Se si parte da un punto di partenza microscopicamente peggiore, si riflette in una differenza molto maggiore nella resa energetica finale“, afferma il fisico del plasma Jeremy Chittenden all’Imperial College di Londra. “L’esperimento dell’8 agosto è stato lo scenario migliore“.

Il team ora vuole determinare cosa è esattamente necessario per ottenere l’accensione e come rendere l’esperimento più resiliente a piccoli errori. Senza questa conoscenza, il processo non può essere ampliato per creare reattori a fusione che potrebbero alimentare le città, che è l’obiettivo finale di questo tipo di ricerca.

L’articolo è stato pubblicato su Physical Review Letters.