Fusione nucleare: il tokamak coreano KSTAR raggiunge nuovi record di temperatura, grazie a nuovi materiali

Il sole artificiale coreano, KSTAR, ha battuto il suo precedente record di funzionamento del plasma durante la sua prima iniezione di plasma d’idrogneo, dopo aver aggiornato i suoi deviatori di flusso, uno dei componenti di fronte al plasma, con monoblocchi di tungsteno. 

Il Korea Institute of Fusion Energy (KFE) ha annunciato di aver sostenuto con successo il plasma con temperature ioniche di 100 milioni di gradi Celsius per 48 secondi durante l’ultima campagna di plasma KSTAR, svoltasi da dicembre 2023 a febbraio 2024. Inoltre, ha raggiunto la modalità di confinamento elevato (modalità H) per oltre 100 secondi.

Per sviluppare l’energia di fusione, è essenziale assicurarsi la tecnologia per sostenere i plasmi ad alta temperatura e ad alta densità, dove le reazioni di fusione avvengono più attivamente, per periodi più lunghi. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori della fusione stanno conducendo diversi esperimenti sul plasma utilizzando dispositivi di fusione come KSTAR.

KSTAR, un tokamak superconduttore, è stato leader nella ricerca sulle operazioni di plasma a lungo impulso. Il KSTAR ha raggiunto per la prima volta la pietra miliare della temperatura di 100 milioni di gradi nel 2018 e ha stabilito un nuovo record sostenendo un plasma con una temperatura ionica di 100 milioni di gradi per 30 secondi nel 2021.  Il tokamak è la macchina tradizionalmente concepita per raggiungere la fusione nucleare ed è lo strumento che verrà utilizzato anche dalla macchian europa ITER.

Rispetto a ITER però KSTAR è una sorta di modello in misura ridotta: se si prevede che ITER sarà in grado di gestire 830 MC di Plasma, il modello coreano ne gestisce solo 17,6, per cui si presenta come un ITER in miniatura.

Schema KSTAR

Il segreto è nel tungsteno

Durante l’ultima campagna, il team KSTAR è riuscito a prolungare il funzionamento del plasma ad altissima temperatura per 48 secondi, mantenendo una temperatura ionica di 100 milioni di gradi. Questo risultato si è basato sui miglioramenti delle prestazioni dei sistemi di riscaldamento del plasma e sui progressi nelle tecniche di funzionamento e di controllo del plasma ad alta temperatura. La durata del plasma ha portato a un nuovo record nel campo delle temperature degli ioni oltre i 100 milioni di gradi.

Alla base di questo successo vi è una innovazione tecnologica nel sistema di iniezione: rispetto ai precedenti deviatori basati sul carbonio, i nuovi deviatori di flusso di plasma in tungsteno hanno mostrato un aumento della temperatura superficiale solo del 25% con carichi termici simili. Questo offre vantaggi significativi per le operazioni di potenza ad alto riscaldamento a impulsi lunghi”, ha spiegato l’NST.

Il successo dei deviatori di tungsteno può fornire dati preziosi per il progetto del Reattore Termonucleare Sperimentale Internazionale ITER e, in generale, a tutti i tentativi di raggiungimento della fusione nucleare commerciale attraverso il sistema dei toroidi tokamak. Il problema sinora è stato legato non tanto all’ottenimento della fusione, ma di una procedimento che ottenesse più energia rispetto a quanto utilizzata per scaldare il sistema. Per ora il guadagno energetico si è ottenuto solo con sistemi  di fusione laser.