@Culham Centre for Fusion Energy

La fusione nucleare è sempre più vicina: ecco come raffreddare le scorie da 150 milioni a pochi gradi

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Imparare dalle stelle e riprodurre il modo con cui producono energia potrebbe darci elettricità a basse emissioni di carbonio per millenni. La fusione nucleare è una delle opzioni più promettenti per generare energia pulita di cui il mondo ha disperatamente bisogno.

Tanti sono gli studi su questo fronte, l’ultimo arriva dal Culham Centre for Fusion Energy, dove gli scienziati sono riusciti nell’impresa di raffreddare le scorie da 150 milioni a pochi gradi.

Gli scienziati di Culham hanno testato con successo il primo concept al mondo che potrebbe eliminare uno dei principali ostacoli nello sviluppo dell’energia di fusione. I risultati iniziali del nuovo esperimento chiamato MAST hanno dimostrato l’efficacia di un innovativo sistema  progettato per rendere commercialmente fattibile per le centrali elettriche basate sulla fusione. Senza emissioni di gas serra, essa nel prossimo futuro potrebbe guadagnarsi una fetta imponente dell’approvvigionamento energetico del mondo.

L’energia prodotta dalla fusione si basa sullo stesso principio con cui le stelle creano calore e luce. Utilizzando una macchina chiamata “tokamak”, una centrale così progettata  riscalderà un gas, o “plasma”, consentendo ai combustibile a idrogeno di fondersi insieme per rilasciare energia in grado di generare elettricità. Questo è un punto di svolta per la realizzazione di centrali a fusione in grado di fornire elettricità efficiente ed economica.

La sfida superata dal Culham Centre for Fusion Energy

Una sfida chiave per portare i tokamak sulla rete elettrica è rimuovere il calore in eccesso prodotto durante le reazioni di fusione. Senza un sistema di scarico in grado di gestire questa enorme quantità di calore, i materiali dovranno essere sostituiti regolarmente, influenzando in modo significativo il tempo di funzionamento di una centrale elettrica.

Il nuovo sistema, noto come “Super-X divertor”, consentirebbe ai componenti dei futuri tokamak di durare molto più a lungo. I vantaggi sono molteplici: aumenta notevolmente la disponibilità della centrale elettrica, se ne migliora la redditività economica e si riducono anche i costi dell’elettricità.

I test al MAST Upgrade, che ha iniziato a funzionare nell’ottobre 2020, hanno mostrato una riduzione di almeno 10 volte del calore sui materiali con il sistema Super-X.

La tabella di marcia prevede la costruzione di un prototipo di centrale elettrica a fusione – nota come STEP – entro i primi del 2040, utilizzando una macchina compatta chiamata “tokamak sferico”. Il successo di Super-X potrebbe anche accelerare i tempi.

Il capo scienziato dell’UKAEA del MAST Upgrade, il dott.Andrew Kirk, ha detto:

Questi sono risultati fantastici. È il momento in cui il nostro team di UKAEA ha lavorato per quasi un decennio. Abbiamo realizzato MAST Upgrade per risolvere il problema dello scarico per le centrali elettriche a fusione compatte, e ci sono segnali che ci siamo riusciti. Super-X riduce il calore sul sistema di scarico da un livello di fiamma ossidrica a uno simile a quello che si trova nel motore di un’auto. Ciò potrebbe significare che dovrebbe essere sostituito solo una volta durante il ciclo di vita di una centrale elettrica.

Cos’è la fusione nucleare?

La fusione è il processo che si svolge nel cuore delle stelle o. Quando i nuclei leggeri si fondono per formare un nucleo più pesante, rilasciano esplosioni di energia. Questo è l’opposto della fissione nucleare – la reazione che viene utilizzata oggi nelle centrali nucleari – in cui l’energia viene rilasciata quando un nucleo si divide per formarne altri più piccoli.

Per produrre energia dalla fusione qui sulla Terra, una combinazione di gas idrogeno – deuterio e trizio – viene riscaldata a temperature molto elevate (oltre 100 milioni di gradi Celsius). Il gas diventa plasma e i nuclei si combinano per formare un  nucleo di elio e un neutrone, con una minuscola frazione della massa convertita in energia di “fusione”. Un plasma con milioni di queste reazioni ogni secondo può fornire un’enorme quantità di energia da quantità molto piccole di “carburante”.

Un modo per controllare il plasma estremamente caldo è usare potenti magneti. Il dispositivo più avanzato per questo è il “tokamak”, una parola russa per una camera magnetica a forma di anello. L’obiettivo del CCFE è sviluppare reattori a fusione utilizzando il concpeto di tokamak.

Il vantaggio della fusione è che essa non produce emissioni di carbonio. Gli unici sottoprodotti delle reazioni di fusione sono piccole quantità di elio, un gas inerte che può essere rilasciato in sicurezza senza danneggiare l’ambiente.

Il progetto ITER

Anche l’Italia, insieme ad altri Stati Europei, è in prima linea sul fronte della fusione nucleare. Lo scorso anno è partito in Francia l’assemblaggio del più grande progetto di fusione nucleare del mondo. Questa fase durerà 5 anni e permetterà di fare passi avanti nella produzione di energia pulita su scala commerciale. Ed è anche merito dell’ITtalia grazie all’Enea che si è occupata della progettazione e del programma di ricerca e sviluppo di ITER. Nell’attuale fase di costruzione, ENEA ha partecipato con la progettazione e realizzazione di componenti ad alto contenuto scientifico e tecnologico, poi inviati in Francia presso il sito di assemblaggio di Cadarache. Anche uno dei più importanti supermagneti è stato prodotto in Italia.

Fonti di riferimento: Culham Centre for Fusion Energy, Culham Centre for Fusion Energy

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Giornalista pubblicista specializzata in Editoria, Comunicazione Multimediale e Giornalismo. Nel 2011 ha vinto il Premio Caro Direttore e nel 2013 ha vinto il premio Giornalisti nell’Erba grazie all’intervista a Luca Parmitano.
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