La fusione inerziale oltre il “pareggio” energetico

Nel 1972 un gruppo di ricercatori guidati da John Nuckolls del Lawrence Livermore National Laboratory (USA) scriveva in unarticolo pubblicato su Nature: “L’idrogeno può essere compresso a più di 10.000 volte la densità del liquido da un sistema di implosione alimentato da un laser ad alta energia. Questo schema rende possibile un’efficiente combustione termonucleare di una capsula sferica contenente isotopi di idrogeno pesante e rende fattibili reattori a fusione utilizzando i laser”.
In quello stesso anno, un gruppo di ricercatori russi, guidati da Nikolay Basov pubblicava sulla rivista Journal of Experimental and Theoretical Physics i risultati di uno studio analogo.
A distanza di 50 anni esatti gli scienziati della National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory hanno annunciato di aver ottenuto, per la prima volta nella storia, produzione netta di energia dalla fusione nucleare, oltre il pareggio energetico, dimostrando la validità dello schema proposto nel 1972.

L’esperimento della National Ignition Facility

L’esperimento della NIF utilizza appunto uno schema di fusione per confinamento inerziale tramite laser e ha prodotto 3,15 MJ di energia (1 MJ = un milione di Joule) da fusione a fronte di 2,05 MJ di energia immessa nel plasma, con un guadagno pari al 154% circa. Quindi, per la prima volta per un esperimento di fusione nucleare, l’energia prodotta dalla fusione è risultata maggiore di quella assorbita dal plasma nel quale si genera la fusione. Questo risultato conferma che è possibile ottenere una “amplificazione” di energia con un processo pulito, senza emissione di gas serra e con disponibilità pressoché illimitata di combustibile.
L’esperimento in realtà utilizza una variante dello schema originale, nota come irraggiamento indiretto, nel quale la sfera contenente il combustibile, una miscela di due isotopi dell’idrogeno, il deuterio e il trizio, è contenuta all’interno di una cavità cilindrica di metallo, a sua volta irraggiata internamente da 192 fasci laser. L’interazione dei fasci laser con le pareti della cavità genera un’intensa emissione di raggi X, che agiscono poi sulle pareti della capsula sferica comprimendola uniformemente, fino a raggiungere le condizioni di densità e temperatura necessarie per innescare la fusione nucleare.
Si tratta di un risultato di grande portata per la comunità scientifica che apre nuovi scenari per la ricerca e per la produzione di energia da fusione, anche se nel medio-lungo termine.

Quali sono gli sviluppi futuri?

Per la realizzazione di un futuro reattore occorre ad esempio realizzare laser di nuova generazione: disponiamo già di tecnologie molto più avanzate, simili a quelle sviluppate per altri progetti, come le infrastrutture laser europee che mirano all’impiego di laser di alta potenza e alta intensità per lo studio dei plasmi e delle loro applicazioni.
Occorre poi sviluppare materiali in grado di resistere agli intensi flussi di neutroni prodotti dal processo di fusione per tutta la vita del reattore; questo è un elemento comune a quasi tutti gli altri schemi di produzione di energia da fusione nucleare, incluso lo schema di fusione per confinamento magnetico alla base del progetto ITER in fase di realizzazione a Cadarache (Francia), che mira a dimostrare a sua volta produzione netta di energia, dopo i risultati ottenuti nel febbraio scorso dal JET (Joint European Torus) in Inghilterra con il record di produzione di 59 MJ di energia da fusione.
Alla luce del risultato ottenuto presso la NIF, la fusione inerziale con i laser è destinata a diventare uno degli approcci principali alla fusione nucleare per la produzione di energia. Stimolerà innovazione industriale e tecnologie avanzate e avrà ricadute crescenti in altri settori industriali. La comunità scientifica punta ora a realizzare un impianto simile a quello statunitense, ma già orientato allo sviluppo delle tecnologie della fusione laser come futura fonte di energia.

Per saperne di più si veda: https://www.edizionidedalo.it/articoli-sapere/la-fusione-laser-per-l-energia-dall-ignizione-al-futuro-reattore.html

Immagine di copertina: Credit NIF – LLNL