Cos’è questa rivoluzionaria tecnologia che prende il nome di “fusione a confinamento magnetico”?

Vi abbiamo raccontato dell’energia nucleare in Italia. Dove cercavamo di spiegare i “ben noti” limiti della fissione.

Mentre nell’articolo Eni e fusione nucleare… abbiamo parlato dell’avanzamento tecnologico su cui l’azienda sta puntando da anni.

Quando parliamo di fusione nucleare (e non di fissione) stiamo volgendo lo sguardo verso orizzonti lontani.

Che purtroppo non ci aiuteranno in questa delicata fase di transizione energetica ed economica (da lineare a circolare).

Ma, in ogni caso, certi progetti ci permettono di guardare al futuro con un filtro ottimista.

Per approfondire un po’ la questione della fusione a confinamento magnetico, bisogna avere chiare alcune informazioni di base.

Da anni vengono messi in atto vari esperimenti sulla/con la fusione.

In tutti i “dispositivi” che la utilizzano, abbiamo bisogno di superare le barriere di alta energia tra atomi.

Altrimenti la fusione non potrà avvenire.

Nei dispositivi che utilizzano il confinamento magnetico, le condizioni per la fusione sono soddisfatte generando un plasma, con l’alta corrente elettrica. Cioè utilizzando molti ioni.

Il cosiddetto plasma (o brodo bollente) viene confinato in una piccola regione. Quindi questi ioni si ritrovano ad essere molto vicini tra loro.

Questo è il primo passo.

Vediamo come procedono poi gli scienziati nell’affascinante “avventura”. Che un giorno potrebbe portare alla produzione di quella che non può essere considerata energia rinnovabile.

Ma, sicuramente, un’energia pulita!

Come funziona la fusione a confinamento magnetico?

La maggior parte dei dispositivi di fusione a confinamento magnetico (costruiti fino ad oggi) condividono alcune caratteristiche di progettazione.

1)La camera a vuoto. È una parte fondamentale. La forma più comune è a ciambella, contenente il plasma. (Come la ricotta nel cornicione di una pizza napoletana.)

L’obiettivo principale, in effetti, è proprio quello di “confinare” il plasma -a 100 milioni di gradi-all’interno di questa ciambella di metallo.

Una ciambella tenuta, tra l’altro, sottovuoto. In modo che altri atomi o molecole non disturbino il plasma.

Deve essere fatta di materiali che possano sopravvivere ai colpi dei neutroni ad alta energia. O ad un massiccio rilascio di calore ed energia se il plasma diventasse instabile.

2)I campi magnetici. Intorno alla ciambella di metallo ci sono delle bobine: elettromagneti.

Queste producono forti campi magnetici.

Le bobine, o solenoidi, aiutano a “irrigidire” il plasma e a confinarlo nella sua traccia a forma di ciambella.

Sono fatte di materiali superconduttori avanzati. In grado di generare i campi magnetici con quasi nessun input di potenza. In quanto inizialmente caricati.

Altri elettromagneti aiutano a creare una corrente elettrica nel plasma, che lo guida nel cerchio. Questi funzionano in modo simile a un trasformatore di potenza elettrica.

In più il plasma stesso agisce come una terza fonte di campi magnetici.

Le correnti elettriche trasportate dal plasma creano campi magnetici intorno ad esso che lo “proiettano” in un cilindro più stretto.

Quando i campi magnetici generati dalle bobine esterne sono molto più grandi dei campi generati dal plasma stesso, il dispositivo è chiamato Tokamak.

Questo è il tipo più comune di dispositivo a fusione magnetica.

Una cosa essenziale? I campi magnetici non riscaldano il combustibile per causare la fusione! Confinano “semplicemente” il plasma caldo.

Perché la temperatura e la densità possano raggiungere i livelli necessari alla fusione.

Altri “particolari” nucleari

Combustibile. Gli atomi usati per alimentare le reazioni di fusione sono gli stessi, sia che si usi il laser che i magneti. Una miscela di deuterio (D) e trizio (T).

Riscaldamento. Per capire come il plasma viene riscaldato, dobbiamo sapere che un’alta frazione di particelle (ioni) contenute nel plasma devono essere cariche.

E se le particelle posseggono la carica elettrica, sentono e rispondono ai campi elettrici.

Quindi, riscaldare il plasma senza disturbarlo, ha significato sviluppare un metodo chiamato iniezione di fasci neutri.

Fasci di particelle neutre ad alta temperatura (tipicamente gli stessi atomi del combustibile) sono iniettati nella camera del plasma.

Poiché queste particelle non hanno carica, non sentono i campi magnetici ed elettrici che confinano il plasma. Così, una volta dentro, si scontrano con gli ioni, cedendo il loro calore e diventando parte del plasma stesso.

Conversione di energia. Affinché l’impianto di fusione generi energia, le particelle prodotte nella reazione di fusione devono essere catturate in modo sicuro e la loro energia convertita in elettricità.

Perciò, il progetto della coperta di litio o di altri metodi per raccogliere i neutroni e produrre trizio è una sfida ingegneristica molto significativa per tutti i concetti di fusione.

Questo è particolarmente vero data la complessità geometrica. Nonchè la necessità di mantenere il vuoto e l’isolamento termico.

Fusione a confinamento magnetico: piccoli passi nel futuro

Una sintesi che più sintetica non si può? I dispositivi di fusione a confinamento magnetico sono molto complessi.

Questi dispositivi sono stati sviluppati e perfezionati nel corso di decenni.

Evoluti significativamente dai primi impianti di ricerca negli anni ’60. Anche se alcune delle caratteristiche di base del design sono le stesse.

La fusione dominante è la fusione a confinamento magnetico da quasi 50 anni.

Nei due decenni successivi alla crisi petrolifera del 1973, diversi tokamak e altri impianti di ricerca sulla fusione magnetica sono stati costruiti: negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone.

Considerati notevoli, tra questi, il TFTR al Princeton Plasma Physics Lab (ora chiuso).

Il JT-60 in Giappone. E il Joint European Torus (JET) nel Regno Unito.

Gradualmente, gli sforzi e i finanziamenti per il confinamento magnetico si sono concentrati su pochi e più grandi impianti.

L’apice è il progetto ITER. Iniziato nel 2007  nella collaborazione tra Unione Europea, India, Giappone, Cina, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti.