Dettaglio dell’esperimento avvenuto nella National Ignition Facility. Crediti: Llnl
Per la prima volta nella storia un team di scienziati è riuscito a innescare una reazione di fusione nucleare capace di produrre più energia di quella utilizzata per avviare il processo. Il risultato è stato raggiunto con l’esperimento di fusione controllata eseguito il 5 dicembre presso la National Ignition Facility (Nif) del Lawrence Livermore National Laboratory (Llnl), in California. Questo traguardo rappresenta un’importante svolta scientifica che aprirà la strada a ulteriori progressi nella gestione dell’energia e non ultimo della difesa nazionale, come ha sottolineato il Dipartimento dell’energia (Doe) Usa.
La notizia è diventata ufficiale oggi pomeriggio, a seguito della conferenza stampa del Doe tenutasi a Washington D.C. «Il National Laboratory fa la storia realizzando l’accensione per la fusione nucleare»: così il Doe ha annunciato la scoperta nell’aria ormai da diversi giorni.
BREAKING NEWS: @ENERGY and @NNSAnews today announced the achievement of #FusionIgnition at @lasers_llnl — a major scientific breakthrough decades in the making that will pave the way for advancements in national security and clean energy: https://t.co/ree9UAJSkf pic.twitter.com/w3oBH06pe8
— Lawrence Livermore National Laboratory (@Livermore_Lab) December 13, 2022
«L’amministrazione Biden-Harris è impegnata a sostenere i nostri scienziati, il cui lavoro ci aiuterà a risolvere i problemi più complessi e urgenti dell’umanità, come fornire energia pulita per combattere il cambiamento climatico e creare un deterrente nucleare senza effettuare test nucleari», ha detto Jennifer M. Granholm, segretaria all’Energia degli Stati Uniti.
In un prossimo futuro, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory affineranno le analisi ottenute con questo esperimento e cercheranno di sviluppare ulteriormente la ricerca sull’energia ottenuta dalla fusione nucleare con l’obiettivo – condiviso da scienziati di tutto il mondo – di realizzare una fonte di energia pulita potenzialmente illimitata, non più dipendente dai combustibili fossili.
Interno della National Ignition Facility. Crediti: Llnl
Si tratta di un meccanismo analogo alle reazioni che avvengono nel cuore del Sole e di tutte le altre stelle. In questo caso, però, la fusione nucleare è avvenuta all’interno del reattore sperimentale a fusione del Nif, in una camera a vuoto. Il tutto è avvenuto in una frazione di miliardesimi di secondo, all’interno di una una capsula sferica dal diametro di quattro millimetri, costituita da un guscio che racchiude i due elementi chiave per ottenere la reazione di fusione nucleare: il deuterio e il trizio, due isotopi dell’idrogeno. Penetrando attraverso i fori di un piccolo cilindro, 192 fasci laser hanno colpito la parte interna del contenitore, generando dei raggi X che a loro volta hanno compresso il guscio della sferetta contenente il deuterio e il trizio fino a ottenere la pressione e la temperatura ideali per innescare la reazione di fusione. L’esperimento ha permesso di superare la soglia di fusione, fornendo 2,05 megajoule (MJ) di energia al bersaglio e ottenendo 3,15 MJ di energia di fusione: un guadagno, dunque, di circa 1.5 volte.
La fusione nucleare è il processo mediante il quale due nuclei leggeri si combinano per formare un singolo nucleo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia, esattamente come avviene nelle stelle. Al contrario della fissione nucleare, una reazione instabile che produce energia sfruttando il fenomeno della scissione degli atomi e dà origine a prodotti radioattivi, la fusione può produrre un’enorme quantità di energia e nello stesso tempo dare origine a un atomo molto stabile. Il processo di fusione nucleare richiede temperature altissime, anche 150 milioni di gradi, contro i 15 milioni di gradi necessari per innescare la reazione di fusione in una stella, dove le densità degli atomi sono però molto più elevate.
Per contenere il plasma, risultato di questo processo, è necessario un sistema di contenimento. Risultato che è stato ottenuto all’Llnl grazie a uno specifico sistema detto a “confinamento laser”: diverse centinaia di laser riproducono un effetto simile a quello generato dalla gravità, simulando così le condizioni d’innesco della reazione nucleare di fusione che avviene nelle stelle, compreso il Sole. Un metodo diverso, dunque, da quello utilizzato dal progetto europeo Iter, basato invece sul “confinamento magnetico” e sull’uso di enormi quantità di calore per innescare la fusione.
La corsa alla fusione nucleare tra le superpotenze non può passare inosservata. La notizia made in Usa arriva a dieci mesi da un altro annuncio che era stato considerato straordinario: la produzione di 59 MJ di energia per cinque secondi da parte del reattore sperimentale europeo Jet (Joint European Torus), in Gran Bretagna. Un risultato notevole, perché riuscire a mantenere la fusione attiva nel tempo è la vera sfida da superare. Ci vorranno comunque ancora molti anni per arrivare all’uso commerciale dell’energia pulita dalla fusione nucleare.