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Jun 13, 2023

Un reattore a fusione compatto largo appena 3 piedi ha raggiunto un traguardo enorme: ScienceAlert

Ions inside a compact fusion reactor barely a meter (less than 3 feet) across

Gli ioni all'interno di un reattore a fusione compatto di appena un metro (meno di 3 piedi) di diametro sono stati riscaldati alla magica cifra di 100 milioni di gradi Celsius (circa 180 milioni di gradi Fahrenheit) per la prima volta in un passo monumentale verso la trasformazione pratica dell'energia da fusione nucleare. la realtà.

I ricercatori del Tokamak Energy Ltd nel Regno Unito, del Princeton e dell'Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti, e dell'Institute for Energy and Climate Research in Germania, hanno raggiunto il record su un dispositivo a tokamak sferico (ST), che a differenza del più circolare I percorsi a forma di ciambella portano il combustibile riscaldato nei reattori più grandi e confinano il plasma in un vortice a forma di mela, destinato a migliorare la stabilità e la praticità della produzione di energia.

La fusione nucleare replica i processi fondamentali nel nucleo del nostro Sole e di stelle simili, spremendo energia dalla fusione di elementi più piccoli in elementi più grandi. Se riusciamo a farlo bene – ed è un se piuttosto grande – potrebbe significare una fonte di energia praticamente inesauribile, anche se potrebbe comportare ancora alcuni rischi.

Laddove le stelle hanno a disposizione enormi quantità di gravità per fondere gli elementi e rilasciare energia, siamo costretti a fare affidamento sul calore. Molto calore, infatti, equivalente a molte volte più caldo del nucleo del Sole.

La cottura degli ingredienti atomici, o ioni, ad almeno 100 milioni di gradi Celsius (sostanzialmente qualsiasi cosa superiore a 100 milioni di gradi Kelvin, o 8,6 kiloelettronvolt in termini energetici) è fondamentale per raggiungere le giuste pressioni.

"Temperature ioniche superiori a 5 keV [kiloelettronvolt] non sono state raggiunte in precedenza in nessuna ST e sono state ottenute solo in dispositivi molto più grandi con una potenza di riscaldamento del plasma sostanzialmente maggiore", scrivono i ricercatori nel loro articolo pubblicato.

In questo caso è stato utilizzato un tokamak sferico denominato ST40. Mettendo da parte i macchinari necessari per il suo funzionamento in sicurezza, il reattore stesso ha un diametro di soli 0,8 metri, una frazione dei tokamak più grandi che possono estendersi per diversi metri di diametro.

Rispetto ai reattori a fusione più grandi, questi dispositivi più piccoli sono più economici da costruire e potenzialmente più efficienti e più stabili: tutti vantaggi se si vuole rendere una tecnologia commercialmente fattibile.

I ricercatori hanno implementato una serie di ottimizzazioni per raggiungere il nuovo record di temperatura, compreso l’uso dell’ST stesso e il modo in cui il plasma è stato preparato in termini di come è stato riscaldato e della sua densità elettronica.

Alcune tecniche sono state prese in prestito dagli esperimenti “supershot” condotti negli anni ’90 nel Tokamak Fusion Test Reactor, che è molto più grande dell’ST40. In sostanza, l’approccio prevedeva l’applicazione di una grande quantità di calore in uno spazio di tempo molto breve.

Un altro trucco di ottimizzazione applicato dagli scienziati è stato quello di riscaldare gli ioni caricati positivamente più degli elettroni caricati negativamente all’interno del plasma. Conosciuta come modalità a ioni caldi, aiuta ad aumentare il numero di reazioni e le prestazioni del tokamak.

"Queste temperature sono state raggiunte in scenari di modalità a ioni caldi, in cui la temperatura degli ioni supera quella degli elettroni, tipicamente di un fattore pari o superiore a due", scrivono i ricercatori.

Sebbene questa svolta e altre simili siano certamente entusiasmanti, la fusione nucleare è ancora in una fase di test con numerosi ostacoli da superare prima che possa essere considerata una fonte pratica di energia. Non tutti credono che la produzione di energia da fusione nucleare sarà finalmente possibile, considerando le sfide tecniche coinvolte.

Anche qui queste sfide vengono evidenziate: la temperatura massima è stata raggiunta in soli 150 millisecondi. Un bel risultato in laboratorio, ma non c’è molto tempo per contribuire praticamente alla rete energetica.

Tuttavia, ogni scoperta ci avvicina all’obiettivo finale – e questa è particolarmente notevole, considerando che i tokamak sferici sono una delle opzioni più promettenti per creare reazioni di fusione nucleare in modo che le necessarie equazioni energetiche ed economiche finiscano per avere un senso.