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Gli Stati Uniti annunciano una “svolta” nell’energia da fusione

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti martedì dovrebbe annunciare che i suoi scienziati sono stati in grado di progettare una reazione di fusione nucleare che ha prodotto più energia di quanta ne abbia consumata, un risultato fondamentale in una ricerca decennale di un modo per generare nucleare pulito e senza sprechi potenza.

L’annuncio in attesa, riportato per la prima volta dal Financial Times e successivamente confermato da altre organizzazioni dei media, identificherà il National Ignition Facility (NIF) presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California come il sito dell’esperimento.

Lunedì, il dipartimento ha annunciato che il segretario all’Energia Jennifer Granholm avrebbe annunciato “un’importante svolta scientifica” in una conferenza stampa martedì.

L’annuncio arriva in un momento in cui l’amministrazione Biden ha indirizzato rinnovati sforzi e finanziamenti allo sviluppo della generazione di energia pulita, con un’enfasi particolare sull’energia da fusione. La legge sulla riduzione dell’inflazione recentemente approvata conteneva finanziamenti significativi per la ricerca nel campo.

Solo perché gli scienziati sono stati in grado di progettare una reazione di fusione energeticamente positiva non significa che siano all’orizzonte cambiamenti significativi nel modo in cui gli esseri umani generano energia. Gli esperti hanno affermato che, sebbene il lavoro sia importante, permangono scoraggianti barriere tecnologiche sulla via dei sistemi che potrebbero distribuire l’energia di fusione su larga scala.

Un lungo viaggio

Gli scienziati sanno da tempo che quando due atomi vengono fusi insieme per formare un nuovo elemento, vengono rilasciate grandi quantità di energia. Il sole, ad esempio, è essenzialmente un enorme reattore a fusione in cui le particelle surriscaldate si uniscono con una forza tremenda, formando nuove particelle e rilasciando l’energia in eccesso sotto forma di calore.

Già negli anni ’40, gli scienziati iniziarono a sperimentare i reattori a fusione. Sebbene siano state a lungo in grado di generare reazioni di fusione, fino ad ora tali reazioni hanno sempre richiesto apporti di energia che superavano la quantità che alla fine hanno prodotto.

Il motivo per cui una reazione di fusione netta positiva è stata così sfuggente è in gran parte dovuto al fatto che gli scienziati devono generare condizioni estreme in laboratorio per far avvenire le reazioni. In genere, enormi laser vengono utilizzati per riscaldare gli isotopi di idrogeno a temperature di milioni di gradi Celsius. Il plasma risultante viene quindi confinato sotto una pressione estremamente elevata, facendo sì che gli isotopi si uniscano con una forza sufficiente da fondersi in un elemento diverso, rilasciando energia sotto forma di calore quando lo fanno.

Un elemento importante dell’annuncio di martedì sarà il modo in cui il governo definisce un risultato energetico “netto positivo”. In genere, ciò significa che la reazione misurata ha prodotto più energia dei raggi laser diretti all’idrogeno. Tuttavia, i laser utilizzati nell’esperimento sono tutt’altro che perfettamente efficienti, il che significa che ci vuole più energia per alimentarli di quanta ne facciano arrivare ai loro bersagli.

Affinché una reazione di fusione sia “netta positiva” nel senso di generare più energia dell’energia totale immessa nell’esperimento – compresi i rifiuti – la reazione dovrebbe produrre sostanzialmente più energia di quella consumata dai raggi laser diretti all’idrogeno.

Enormi sfide ingegneristiche

Mantenere apparecchiature in grado di tollerare temperature così estreme è straordinariamente difficile e trovare un modo per creare reattori in grado di tollerare le sollecitazioni coinvolte nel processo per lunghi periodi di tempo è una delle tante sfide che i ricercatori del settore devono affrontare.

Ian H. Hutchinson, professore di scienze e ingegneria nucleare al Massachusetts Institute of Technology, ha affermato che è importante non leggere troppo nei rapporti preliminari, osservando che prima dell’annuncio ufficiale pochi dettagli su ciò che, appunto, gli scienziati del NIF hanno raggiunto era noto.

“Sembra un’importante conferma scientifica dell’accensione della fusione inerziale, ma esiterei a definirla una ‘svolta’”, ha detto Hutchinson in uno scambio di e-mail con ColorNews. “Il programma NIF non mira alla produzione di energia da fusione, ma alla comprensione delle esplosioni da fusione. La produzione di energia utile da esplosioni da fusione in miniatura deve ancora affrontare enormi sfide ingegneristiche e non sappiamo se queste sfide possano essere superate”.

Il NIF è strettamente associato al programma di armi nucleari degli Stati Uniti e il suo scopo principale è ricreare esplosioni nucleari su scala ridotta e controllabile, consentendo il mantenimento dell’arsenale nucleare del paese senza la necessità di test distruttivi su vasta scala.

Vantaggi della fusione

Ci sono diversi motivi per cui gli scienziati hanno speso così tanti anni alla ricerca di un mezzo per rendere i reattori a fusione fonti di energia praticabili.

Se i reattori a fusione dovessero sostituire i combustibili fossili come fonte di energia, ridurrebbe drasticamente la quantità di carbonio rilasciata nell’atmosfera, riducendo una delle fonti di riscaldamento globale.

A differenza dei reattori a fissione, che utilizzano materiali radioattivi altamente arricchiti come l’uranio e il plutonio come combustibile, i reattori a fusione possono teoricamente essere alimentati dall’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo, il che significa che la fornitura di combustibile per un reattore a fusione è essenzialmente infinita.

Inoltre, a differenza dei reattori a fissione, i reattori a fusione non producono scorie altamente radioattive, eliminando la necessità di immagazzinare in sicurezza materiali che continueranno a essere pericolosi, in alcuni casi, per migliaia di anni.

Infine, nonostante le condizioni estreme in cui avviene la fusione, i reattori a fusione sono considerati più sicuri da utilizzare rispetto ai reattori a fissione, che devono essere costantemente monitorati per evitare condizioni che portino alla destabilizzazione e all’esplosione. Nei due peggiori disastri nucleari della storia, le esplosioni negli impianti nucleari di Chernobyl in Unione Sovietica nel 1986 e di Fukushima in Giappone nel 2011 hanno costretto l’evacuazione di migliaia di persone e reso inabitabili vaste distese di entrambi i paesi.

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