Attualità
Fusione nucleare: il problema del combustibile e come risolverlo
Il combustibile è un problema anche per la fusione nucleare: l’idrogeno è abbondante, ma gli isotopi nucleari necessari no
La fusione nucleare è tornata sotto i riflettori grazie a recenti progressi scientifici e investimenti privati. Tuttavia, l’entusiasmo per questa potenziale fonte di energia pulita deve fare i conti con una sfida cruciale: la produzione del combustibile della fusione nucleare, sotto forma di un rarissimo isotopo dell’idrogeno.
La fusione prevede che vengano utilizzati due isotopi rari dell’idrogeno: il deuterio, che presenta un neutroni e un protone, e il trizio, che ha due neutroni e un protone. Se il deuterio, anche se raro (0,015% del totale), è presente nell’acqua normale, ma il trizio è veramente molto raro, con un atomo ogni dieci elevato alla diciottesima.. Insomma non ce n’è.
Normalmente il trizio viene anche ricavato dai reattori a fissione ad acqua pesante. Un giorno, quando i reattori a fusione saranno funzionanti, potrà essere ottenuto attraverso l’interazione dei neutroni con il litio. Questo processo richiede un attento bilanciamento tra la produzione di energia e la produzione di trizio, con l’obiettivo di raggiungere un rapporto di riproduzione del trizio superiore a uno.
L’abbondanza naturale del litio-6, l’isotopo più efficace nella produzione di trizio, è limitata. Per garantire una produzione sufficiente, potrebbe essere necessario arricchire il litio, un processo complesso e costoso. La quantità di litio necessaria dipende dalla progettazione del reattore, ma deve essere sufficiente a garantire l’interazione ottimale dei neutroni per la produzione di trizio.
Si calcola che se ITER; il reattore sperimentale europeo, venisse attivato, utilizzerebbe tutte le riserve mondiali di trizio. Quindi c’è un problema di combustibile per il processio di fusione.
Produrre tritio? Possibile, ma con fenomeni di fusione
Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wang Haixia dell’Istituto di Scienze Fisiche di Hefei dell’Accademia Cinese delle Scienze ha rivelato la scoperta di un fenomeno di rilascio di trizio tramite un arricchitore di titanato di litio (Li2TiO3) irradiato con neutroni
Il comportamento di riproduzione e rilascio di trizio dei breeder solidi è fondamentale per la progettazione dei mantelli solidi nei reattori a fusione. Tuttavia, la maggior parte degli studi sull’irradiazione dei breeder utilizza neutroni di fissione, sorgenti ioniche o sorgenti gamma, lasciando un vuoto nella conoscenza dell’irradiazione con neutroni di fusione a 14 MeV. Pertanto, sono stati eseguiti esperimenti su Li2TiO3 utilizzando una sorgente di neutroni di fusione per studiare l’influenza dei neutroni ad alta energia sulla produzione di trizio e sulle prestazioni di rilascio nei breeders solidi.
In questo studio, è stato sviluppato un sistema di rilascio del trizio specializzato per misurare e raccogliere il trizio dopo l’irradiazione con neutroni da fusione. Questo sistema, con un’efficienza di raccolta vicina al 100%, incorpora gorgogliatori di raccolta del trizio, tecnologia di sostituzione automatica e ossidazione catalitica. Riducendo al minimo la perdita di trizio e monitorando il rilascio di acqua triziata (HTO) e di gas di trizio, il sistema permette di studiare il comportamento del rilascio di trizio in varie condizioni, come temperatura, umidità e tassi di riscaldamento.
Curva di rilascio del trizio di Li2TiO3 a varie temperature. Credito: FU Xuewei
I risultati sperimentali hanno mostrato che a temperatura ambiente, una quantità limitata ma visibile di trizio è stata rilasciata dai campioni di Li2TiO3 irradiati con neutroni di fusione, indicando un comportamento di auto-guarigione dei difetti. Con l’aumento della temperatura dei campioni, il Li2TiO3 ha mostrato un picco di rilascio di trizio, rilasciando prevalentemente HTO.
Inoltre, fattori come l’umidità nel gas di lavaggio, i diversi metodi di misurazione del trizio e le velocità di riscaldamento hanno influenzato in modo significativo il comportamento di rilascio del trizio.
“I nostri risultati forniscono nuovi spunti per comprendere l’influenza dell’irradiazione di neutroni di fusione sul meccanismo di rilascio del trizio”, ha dichiarato il Prof. Wang Haixia.
Rimane sempre il problema della fornitura di questi neutroni che possono giungere da fissione (quindi con l’uso di materiali come l’uranio) o da fusione, in questo caso però con processi o molto costosi energicamente, oppure sarebbe interessante sperimentare strumenti a basso costo, ma, per ora, a bassa emissione di neutroni, come i neutristor.
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