Quando possiamo aspettarci la fusione nucleare?

La fusione nucleare è la nuova fonte di energia più calda della scienza, letteralmente.

Sono state fatte scoperte fondamentali nel campo dell’energia da fusione, portandoci ancora più vicini di prima alla possibilità di generare elettricità utilizzando solo idrogeno come combustibile. Sebbene la tecnologia sia ancora lontana molti anni dall’essere ampiamente utilizzata, la speranza è che alcuni reattori a fusione nucleare siano pienamente operativi entro il 2027.

La fusione nucleare è il processo che alimenta il nostro sole e altre stelle in tutto l’universo e si verifica quando due atomi, solitamente idrogeno, si scontrano e si fondono, formando un altro elemento. Nel nucleo del nostro sole, gli ioni idrogeno richiedono temperature di almeno 27 milioni di gradi Fahrenheit per raggiungere livelli di energia sufficientemente elevati da fondersi per formare elio.

Questo perché sono necessarie enormi quantità di energia per garantire che invece che i protoni caricati positivamente nel loro nucleo si respingano l’un l’altro come l’estremità di un magnete, si uniscano e si combinino.

Questo processo procede con il rilascio di immense quantità di energia, che speriamo un giorno di sfruttare e utilizzare completamente per generare elettricità.

Quanto è fattibile la fusione nucleare?

Sebbene siamo ancora molto lontani dall’utilizzare la fusione per alimentare le nostre città, negli ultimi anni si sono registrati grandi progressi nel raggiungimento e nel mantenimento della fusione.

Alla superb dello scorso anno, gli scienziati del National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory in California hanno annunciato di aver ottenuto per la prima volta un guadagno netto di energia dalla fusione nucleare. Ciò significa essenzialmente che dalla fusione è stata generata più energia di quella originariamente immessa nella reazione.

Tuttavia, non sono ancora stati creati reattori a fusione commerciali.

“Questo perché l’energia che è stata prodotta in questi esperimenti è significativamente inferiore all’energia richiesta per accendere i laser, per esempio”, ha detto Gianluca Gregori, professore di fisica all’Università di Oxford. Newssettimana. “Il mese scorso, NIF ha dimostrato che le reazioni di fusione possono produrre più energia dell’energia laser utilizzata per innescare il processo. Questo è molto importante poiché dimostra che l’idea è valida, ma, ovviamente, avere un guadagno energetico positivo per la rete (ovvero, tenendo conto dell’elettricità necessaria per far funzionare i laser) è necessario un processo molto più efficiente.”

Qual è lo stato attuale della creazione di energia nucleare utilizzando la fusione?

Molti paesi hanno crew di scienziati che lavorano per perfezionare la potenza di fusione.

“[There is] NIF negli Stati Uniti, [and] c’è un laser simile che opera in Francia. Si chiama Laser MegaJoule (LMJ)”, ha detto Gregori. “Non è ancora in una fase per eseguire esperimenti di accensione come quelli fatti su NIF, ma ci sta arrivando. Molti altri paesi (Regno Unito, UE, ma anche Giappone, Russia e Cina) dispongono di sistemi laser più piccoli. Credo che la Cina stia costruendo un laser di grandi dimensioni paragonabile a NIF e LMJ, ma non sono sicuro dello stato di quel progetto”.

La Francia ospita anche un progetto internazionale chiamato ITER, che coinvolge un consorzio di scienziati di tutto il mondo.

“Questi progressi ci avvicinano di un passo nella ricerca di questa nuova fonte di energia”, ha dichiarato Friedrich Aumayr, direttore dell’Istituto di fisica applicata presso l’Università di tecnologia di Vienna. Newssettimana. “C’è anche un interesse commerciale in rapido aumento sul fatto che la fusione possa dare un contributo alla futura fornitura mondiale di energia a basse emissioni di carbonio”.

Perché la fusione nucleare non è una fonte di energia pratica in questo momento?

Ci sono ancora molte sfide da superare prima che la fusione possa essere utilizzata correttamente. Per prima cosa, il plasma di idrogeno incredibilmente caldo all’interno del reattore deve essere contenuto in modo efficiente utilizzando magneti.

“La sfida principale per noi in questa fase è continuare a spingere lungo il percorso per migliorare il modo in cui riscaldiamo, pressurizziamo e conteniamo i plasmi caldi e densi che alimentano le reazioni di fusione affinché avvengano”, Nathan Garland, docente di matematica applicata e fisica alla Griffith University australiana, precedentemente detto Newssettimana.

“Mentre costruiamo magneti migliori, laser più grandi, materiali più resistenti per resistere alle immense temperature ed energie necessarie per contenere questi plasmi di fusione – pensa a provare a imbottigliare il nucleo del nostro sole – ci avvicineremo al nostro obiettivo finale di generare abbastanza energia delle reazioni di fusione che possiamo sfruttare in una fonte adatta per alimentare la nostra rete elettrica”, ha affermato.

Uno dei principali limiti della ricerca è anche il costo.

“Al giorno d’oggi, il costo di costruzione delle strutture e il costo di gestione di tali strutture sono esorbitanti rispetto alla quantità di energia che fornisce”, ha affermato Gregori. “Questo non significa che lo farà [not] essere possibile in futuro. Un esempio che un collega ha fatto qualche tempo fa è il seguente, si pensi ai primi aerei realizzati dai fratelli Wright. Sicuramente non erano il modo più economico per trasportare passeggeri, ma potevano dimostrare il principio del volo. I moderni velivoli (commerciali) sono molto diversi da quelli, così come un futuro impianto di fusione sarà diverso dall’attuale NIF”.

Quanto presto avremo il potere di fusione?

“[The most advanced fusion reactor is] attualmente JET [in the U.K.]”, ha detto Aumayr. “Ma l’80% della prossima macchina si chiama ITER [has] è già stato completato, con l’inizio delle operazioni previsto intorno al 2027. Il dispositivo di fusione internazionale ITER dovrebbe essere il primo dispositivo di fusione magnetica a dimostrare una potenza di fusione superiore a quella necessaria per riscaldare il combustibile: 500 megawatt di calore in uscita, a 50 megawatt di calore che entra, mantenuto per 15 minuti o più.”

“Gli esperimenti più avanzati sono vicini alla produzione di energia netta dalla fusione. Per una centrale elettrica questo non è ancora sufficiente, ma deve essere aumentato”, ha detto Aumayr. “Ma impariamo costantemente di più e sono convinto che avremo molta energia da fusione disponibile nelle nostre reti nella seconda metà di questo secolo”.

Mentre i giorni felici della fusione utilizzata come fonte di energia quasi infinita e non inquinante sono ancora lontani, gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando instancabilmente per trasformare questa tecnologia fantascientifica in realtà.

“Come disse una volta Niels Bohr, vincitore del premio Nobel per la fisica (e uno dei padri della meccanica quantistica) ‘Fare previsioni è molto difficile, specialmente quando si tratta del futuro'”, ha detto Gregori. “Poiché le aziende private sono sempre più interessate all’energia da fusione, è possibile che il progresso cresca in modo esponenziale e che un impianto di fusione commerciale possa diventare una realtà prima del previsto”.

Hai un suggerimento su una storia scientifica che dovrebbe essere trattata da Newsweek? Hai una domanda sulla fusione nucleare? Fatecelo sapere tramite [email protected].