Infine, la fusione compie piccoli passi verso la realtà

Dopo tre decenni di costose ricerche finanziate dal governo che non sono riuscite a produrre scoperte tangibili, la fusione nucleare è passata da una promettente fonte di potenza effettivamente illimitata a qualcosa di più simile a una battuta finale.

Nell'ultimo anno, tuttavia, le cose hanno iniziato a cambiare. Diverse società finanziate privatamente e piccoli gruppi di ricerca universitari che perseguono nuovi progetti di reattori a fusione hanno prodotto risultati promettenti che potrebbero ridurre i tempi per la produzione di un prototipo di macchina da decenni a diversi anni. La produzione di energia commerciale dalla fusione è ancora molto lontana, ma ora si possono percepire i contorni di un tale reattore.

La ricerca tradizionale sulla fusione si è concentrata su grandi macchine a forma di ciambella chiamate tokamak, che esercitano potenti campi magnetici per comprimere il plasma ad alta temperatura, sfere rotanti di particelle cariche che si fondono per formare elio, rilasciando grandi quantità di energia nel processo. La sfida è contenere il plasma caldo e mantenerlo stabile; i reattori a fusione di oggi, come quello della Reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) nel sud della Francia, utilizza bobine giganti di elettromagneti che consumano molta più energia di quella effettivamente prodotta dalla macchina. ITER (pronunciato mangiatore), che attira scienziati e finanziamenti da Cina, Unione Europea, India, Russia, Giappone, Corea del Sud e Stati Uniti, dovrebbe costare decine di miliardi di dollari per produrre un reattore funzionante negli anni '30 del 2000 . Forse.

Due recenti sviluppi, che offrono percorsi nuovi e più rapidi verso i reattori a fusione per la produzione di energia, hanno galvanizzato la comunità della fusione. Tri Alpha Energy, con sede a Foothill Ranch, in California, ha dichiarato all'inizio di agosto di essere riuscita a mantenere stabile un plasma ad alta energia per cinque millisecondi, molto meno di un battito di ciglia, ma mezza eternità sulla scala delle reazioni di fusione , secondo il direttore della tecnologia Michl Binderbauer.

Tri Alpha, afferma Binderbauer, sta portando i principi degli acceleratori di particelle ad alta energia, come il Large Hadron Collider, per affrontare i problemi dei reattori a fusione. Nello specifico, il team ha costruito un dispositivo, lungo 23 metri, che spara due nuvole di plasma l'una contro l'altra per formare un anello di plasma. Il campo magnetico che tiene insieme l'anello è generato dal plasma stesso, una tecnica nota come configurazione a campo invertito. Il plasma è sostenuto dall'iniezione di particelle ad alta energia da acceleratori.

La sfida per il design di Tri Alpha, afferma Binderbauer, è abbastanza calda e abbastanza lunga, mantenendo il plasma stabile a una temperatura sufficientemente alta per ottenere una fusione energeticamente positiva. Il recente esperimento ha indicato che la società, che ha attirato milioni di dollari in finanziamenti da investitori tra cui Goldman Sachs e Vulcan, il fondo di investimento del cofondatore di Microsoft Paul Allen, ha risolto il problema abbastanza da tempo. Rendere il plasma abbastanza caldo è la prossima sfida chiave. L'anno prossimo, Tri Alpha inizierà a costruire una nuova e più potente versione del suo dispositivo sperimentale per testare il processo a temperature più elevate.

Al MIT Centro di scienza e fusione del plasma , un gruppo guidato da Dennis Whyte, professore di scienze e ingegneria nucleare e direttore del centro, e lo studente laureato Brandon Sorbom hanno pubblicato a luglio un progetto concettuale per una macchina chiamata il reattore ARC (economico, robusto, compatto). La novità del design ARC è la natura degli elettromagneti che confinano il plasma. Utilizzando nastri superconduttori flessibili di recente sviluppo realizzati con ossido di rame di bario di terre rare, il reattore ARC può ottenere campi magnetici con un'ampiezza molto più elevata, consentendo così un design del reattore molto più piccolo rispetto ad altre macchine basate su tokamak. I ricercatori immaginano anche una coltre liquida che circonda il plasma che assorbirà i neutroni senza danni e fornirà un efficiente mezzo di scambio termico per produrre elettricità.

L'aumento dell'ampiezza del campo magnetico circostante aumenta la quantità di energia di fusione prodotta nel plasma alla quarta potenza, un aumento drammatico che potrebbe portare a un prototipo commerciale nel giro di pochi anni, secondo Whyte.

È risaputo che puoi realizzare dispositivi molto compatti se aumenti il ​​campo magnetico a livelli molto alti, dice, ma gli elettromagneti dovevano essere in rame: nessun superconduttore poteva tollerare quel campo magnetico. Ora l'avvento di nastri superconduttori avanzati potrebbe consentire un reattore compatto che produce fusione continua.

Pubblicato in Ingegneria e Design della Fusione , il documento ARC reattore sottolinea che, per il momento, si tratta solo di un progetto concettuale. Whyte spera di attirare finanziamenti per costruire una macchina sperimentale nei prossimi anni. Nel frattempo una manciata di società private, tra cui non solo Tri Alpha, ma anche Energia Tokamak , con sede in Inghilterra, e con sede a Vancouver Fusione generale , stanno lavorando a progetti correlati ma diversi per portare la fusione alla fase del prototipo (vedi Un nuovo approccio alla fusione).

Ci stiamo avvicinando alle macchine funzionanti, afferma Michel Laberge, fondatore e capo scienziato di General Fusion. Per molti anni, la ricerca sulla fusione è stata il regno dei grandi laboratori governativi che hanno svolto un ottimo lavoro e stabilito le basi per il funzionamento della fusione. Ma non c'era un grande senso di urgenza.

Ora l'urgenza è aumentata e queste aziende stanno testando nuove idee e nuovi approcci e attirando investimenti per farlo. General Fusion ha recentemente ottenuto 27 milioni di dollari in nuovi finanziamenti da un gruppo di investitori guidati dal fondo sovrano della Malesia.

In questo momento quello che sta succedendo è un ripensamento, dice Burton Richter , che ha vinto il Premio Nobel per la fisica nel 1976 ed è consigliere di Tri Alpha. I tagli al budget negli anni '90 hanno costretto alla chiusura di approcci alternativi al di fuori di ITER e del National Ignition Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Aziende come Tri Alpha offrono una strada per la fusione lastricata non con i dollari dei contribuenti ma con i soldi del settore privato, che alla fine è l'unico modo per costruire qualcosa.

Jonathan Menard, fisico del plasma presso il Princeton Plasma Physics Laboratory, dirige il Esperimento nazionale del toro sferico , che sta inseguendo un tokamak a forma di pallone da spiaggia invece di una ciambella. Menard, il cui programma ha recentemente completato un aggiornamento da 94 milioni di dollari della sua macchina sperimentale, ha seguito da vicino gli sviluppi con gli sforzi Tri Alpha e ARC e ritiene che queste innovazioni dovrebbero essere perseguite ulteriormente.

Con la diffidenza di un veterano scienziato della fusione, però, consiglia cautela: finché non lo costruisci, non lo sai per certo.

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