Creando luce e calore attraverso la fusione nucleare, il Sole ha alimentato la vita sulla Terra per miliardi di anni. Data l’incredibile potenza e longevità della nostra stella, gli scienziati si sono convinti che non ci possa essere un modo migliore per generare energia che sfruttare gli stessi processi nucleari che si verificano nelle stelle.
I reattori a fusione nucleare mirano a riprodurre questo processo fondendo atomi di idrogeno per creare elio, che rilascia energia sotto forma di calore. Sostenere questo su larga scala ha il potenziale per produrre energia sicura, pulita, quasi inesauribile.
Alcuni lo sperano, dopo un’importante svolta avvenuta durante un esperimento di fusione nucleare alla fine del 2021. Ciò è avvenuto presso la struttura di ricerca Joint European Torus (JET) nell’Oxfordshire, nel Regno Unito, in una gigantesca macchina a forma di ciambella chiamata tokamak.
Al suo interno il gas viene surriscaldato fino a trasformarsi in plasma, in cui avvengono le reazioni di fusione, contenenti particelle cariche che sono trattenute in posizione da potenti campi magnetici. Tale plasma può raggiungere temperature di 150 milioni di gradi Celsius, 10 volte più caldo del nucleo del Sole.
In un’esplosione prolungata di cinque secondi, i ricercatori del consorzio EUROfusion hanno rilasciato 59 megajoule (MJ) di energia da fusione. Questo valore era quasi il triplo del precedente record di 21,7 MJ stabilito nella stessa struttura nel 1997, con i risultati pubblicizzati come “la dimostrazione più chiara in un quarto di secolo del potenziale dell’energia da fusione per fornire energia sicura e sostenibile a basse emissioni di carbonio“.
I risultati hanno fornito una spinta importante in vista della prossima fase di sviluppo della fusione nucleare. Una versione più ampia e avanzata di JET, nota come ITER (che significa “La Via” in latino) è in costruzione su un sito di 180 ettari a Saint-Paul-lès-Durance, nel sud della Francia.
ITER, che sarà il frutto della collaborazione tra 35 nazioni, comprese quelle dell’UE, punta a consolidare ulteriormente il concetto di fusione. Una delle macchine più complicate mai create, dovrebbe iniziare a generare il suo primo plasma nel 2025 prima di entrare in esercizio ad alta potenza intorno al 2035, anche se i ricercatori del progetto si aspettano alcuni ritardi.
Pietra miliare importante
I risultati del JET rappresentano un punto di riferimento importante, ha affermato il professor Tony Donné, responsabile del programma del progetto EUROfusion, un importante consorzio di 4.800 esperti, studenti e strutture in tutta Europa. “Si tratta di una pietra miliare enorme, la più grande da molto tempo“, ha detto.
“Ha confermato tutta la modellazione, quindi ha davvero aumentato la fiducia che ITER funzionerà e farà ciò per cui è destinato“. Sebbene l’energia generata in JET sia durata solo pochi secondi, l’obiettivo è di aumentarne la durata fino ad ottenere una reazione prolungata che produca energia.
I risultati sono stati il culmine di anni di preparazione, con il Prof Donné che ha spiegato che uno degli sviluppi chiave dal 1997 ha comportato la modifica della parete interna di JET.
In precedenza, la parete era fatta di carbonio, ma questo si è rivelato troppo reattivo con la miscela di combustibile di deuterio e trizio, due isotopi – o varianti – più pesanti dell’idrogeno utilizzati nella reazione di fusione. Ciò ha provocato la formazione di idrocarburi, bloccando il combustibile trizio.
Nella ricostruzione, che ha coinvolto 16.000 componenti e 4.000 tonnellate di metallo, il carbonio è stato sostituito con berillio e tungsteno per ridurre la ritenzione di trizio. Alla fine, il team è stato in grado di ridurre di un multiplo la quantità di carburante intrappolato, contribuendo al successo del recente esperimento di fusione.
Prossimo passo: DEMO
In preparazione per la prossima fase dell’epico viaggio della fusione, gli aggiornamenti a JET hanno assicurato che la sua configurazione fosse in linea con i piani per ITER. Inoltre, in futuro, il prossimo passo oltre ITER sarà una centrale elettrica dimostrativa nota come DEMO, progettata per inviare elettricità alla rete, portando gli impianti a fusione a diventare una realtà commerciale e industriale.
“ITER è un dispositivo che creerà 10 volte più energia di fusione rispetto all’energia utilizzata per riscaldare il plasma“, ha affermato il professor Donné. “Ma poiché si tratta di una struttura sperimentale, non fornirà elettricità alla rete. Per questo, abbiamo bisogno di un altro dispositivo, che chiamiamo DEMO. Questo ci porterà davvero alla prima generazione di centrali elettriche a fusione”.
Il Prof Donné ha aggiunto: “JET ha dimostrato ora che la fusione è plausibile. ITER deve dimostrare che è ulteriormente fattibile e DEMO dovrà dimostrare che funziona davvero“.
Progettato per fornire fino a 500 megawatt (MW) alla rete, una previsione realistica ci dice che DEMO entrerà in funzione intorno al 2050.
Eppure ci sono altre sfide chiave da superare sulla strada per far funzionare la fusione nucleare. Non ultimo è che mentre il deuterio è abbondante nell’acqua di mare, il trizio è estremamente scarso e difficile da produrre.
I ricercatori, quindi, hanno in programma di sviluppare un modo per generarlo all’interno del tokamak, utilizzando una “coperta da riproduzione” contenente litio. L’idea è che i neutroni ad alta energia delle reazioni di fusione interagiranno con il litio per creare trizio.
Energia essenziale
Il professor Donné ha affermato che la fusione nucleare potrebbe rivelarsi una fonte di energia verde e sostenibile fondamentale per il futuro. “Direi che è essenziale“, ha detto. “Non sono convinto che entro il 2050 potremo fare la transizione all’anidride carbonica solo con le rinnovabili, e abbiamo bisogno di altro”.
E sebbene affermi che l’attuale metodo per creare energia nucleare attraverso la fissione sta diventando sempre più sicuro, la fusione ha alcuni vantaggi fondamentali. I fautori di ITER parlano di vantaggi come l’assenza di rischio di fusione, aggiungendo che la fusione nucleare non produce scorie radioattive a vita lunga e che i materiali del reattore possono essere riciclati o riutilizzati entro 100-300 anni.
“È decisamente molto più sicuro“, ha affermato il professor Donné.
Riferendosi a Lev Artsimovich, soprannominato il “padre del tokamak“, ha detto: “Artsimovich ha sempre detto che la fusione ci sarà quando la società ne avrà davvero bisogno. Se mettiamo in funzione la fusione, allora abbiamo davvero una fonte di energia molto sicura e pulita che può fornirci energia per migliaia di anni“.
