Il National Lab sblocca la fusione nucleare: vera svolta, novità o entrambi?

Prima storica: all’interno del National Ignition Facility, dove la settimana scorsa 192 raggi laser hanno fatto esplodere un pellet di combustibile a idrogeno, che ha emesso più energia di quanta ne ha assorbita.

La fusione nucleare è stata per lungo tempo il Santo Graal dell’energia veramente pulita. La collisione degli atomi di idrogeno promette elettricità illimitata con zero emissioni di carbonio, un minimo di rifiuti radioattivi e zero possibilità di fusione catastrofica. Ma per mezzo secolo gli scienziati della fusione sono stati limitati dalla potenza dei loro laser e dalla forza dei loro campi magnetici: mai prima d’ora erano riusciti a capire come estrarre dalla loro frantumazione atomica più energia di quanta ne avessero immessa. Fino ad ora.

Oggi gli scienziati del National Ignition Facility presso il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in California riveleranno che all'inizio di dicembre, per la prima volta, sono riusciti a ottenere un guadagno di energia superiore a 1, ovvero è stata emessa più energia da le reazioni all'interno della loro capsula di carburante al deuterio-trizio (2.000 megajoule) di quelle contenute nei 192 laser con cui l'hanno fatta esplodere.

È un grosso problema, che vale la pena celebrare, ma in qualche modo una conclusione scontata, dice Debra Callahan, una fisica del plasma che ha recentemente lasciato il team di fusione LLNL per diventare direttore scientifico della startup Focused Energy, che sta già lavorando per commercializzare l'approccio.

Callahan sapeva che LLNL avrebbe ottenuto un guadagno energetico netto dopo che l'anno scorso aveva raggiunto una produzione di energia pari al 72% dei propri input di energia laser. “Non è una sorpresa per me. Considerato il percorso di risultati che avevamo visto, sarebbe successo”, afferma. Avevano solo bisogno di una potenza laser leggermente maggiore.

Quindi, come funziona? Al Laurence Livermore Lab, al centro di un labirinto di tubi d'acciaio, cavi metallici e bizzarri dispositivi elettronici delle dimensioni di tre campi da calcio, c'è un minuscolo cilindro cavo fatto d'oro che sta nel palmo di una mano. Si chiama hohlraum. All'interno dell'hohlraum gli scienziati hanno inserito una minuscola capsula di carburante piena di deuterio e trizio, isotopi dell'idrogeno a protone singolo.

Il team del National Ignition Project utilizza l'oro perché trattiene i raggi X prodotti quando fanno esplodere entrambe le estremità dell'hohlraum con 192 dei laser più potenti del mondo. Callahan dice: "È come un forno a raggi X", che comprime il carburante così tanto da farlo implodere e innescare la fusione tra gli atomi al centro della capsula. La fusione poi si propaga in un'onda dal centro, emettendo un calore prodigioso: 2,5 megajoule nel caso dello storico scatto della scorsa settimana. Tutto questo avviene in un miliardesimo di secondo.

Nell'approccio con confinamento inerziale alla fusione, i raggi laser fanno esplodere un pellet contenente isotopi di idrogeno, innescando una reazione di fusione.

Perché Callahan lasciò la LLNL quando erano sull'orlo del successo? Perché, dice, la National Ignition Facility non è una macchina per la fusione. L'hohlraum è ottimo per dimostrare l'accensione, ma non è necessariamente abbastanza efficiente per progettare la fusione pulsata continua perché gran parte dell'energia laser residua viene persa nel riscaldare l'oro anziché l'idrogeno. Quindi, a Focused Energy (sostenuta da Prime Movers Lab e New Enterprise Associates) il loro piano è quello di eliminare l'hohlraum e utilizzare invece un approccio di "azionamento diretto", facendo esplodere i laser direttamente su una capsula di carburante (vedi schema).

Non hanno ancora dimostrato che funzioni, ma Callahan è fiducioso che in un paio d'anni il loro progetto pilota raggiungerà un guadagno energetico 10 volte maggiore. Ciò sarà seguito da un secondo impianto che raggiungerà un guadagno di 30 volte, seguito da quello che alla fine degli anni ’30 sarebbe stato il loro primo generatore commerciale, che si spera raggiungerà un guadagno di energia di 100 volte e farà esplodere 10 capsule di carburante al secondo.

Ma qui si nasconde una sfida particolare. A 10 al secondo, la loro macchina utilizzerebbe quasi 900.000 capsule al giorno. Non è come spalare il carbone in una fornace; ogni capsula dovrebbe essere prodotta secondo standard rigorosi e sparata nella macchina con un tempismo perfetto.

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