Fusione Nucleare: in Giappone preparano il combustibile dalla depurazione

Si fa un gran parlare di quando “accenderemo” la prima centrale a fusione nucleare, risolvendo (forse) i nostri problemi energetici. Pochi, però, si concentrano su un problema molto più prosaico: come diavolo la teniamo alimentata?

Il combustibile principale per la fusione di domani è il trizio, un isotopo dell’idrogeno estremamente raro in natura. Non si può estrarre da una miniera. L’unica soluzione pratica è “allevarlo” (in gergo, breeding) direttamente all’interno del reattore.

Come? Semplice, almeno in teoria: si bombarda con i neutroni prodotti dalla fusione una “coperta” (blanket module) fatta di una lega di litio-piombo (LiPb). La reazione genera il trizio: il litio cattura un neutrone e si scinde in Tritio ed Elio.

Peccato che ora il nostro prezioso combustibile si trovi sciolto in un bagno di metallo fuso rovente. Estrarlo è una delle sfide ingegneristiche più complesse sulla via dell’energia pulita illimitata.

Il “Colino a Vuoto” Giapponese

Qui entra in gioco un’azienda giapponese, Kyoto Fusioneering, che ha iniziato i test su un sistema di recupero dell’idrogeno tanto ingegnoso quanto, in fondo, semplice nel suo principio. La tecnologia si chiama VST (Vacuum Sieve Tray), letteralmente “Vassoio a Setaccio Sotto Vuoto”.

Il nome è poco affascinante, ma il suo lavoro è cruciale. Il funzionamento, testato nell’impianto UNITY-1, è il seguente:

1. La lega di litio-piombo, ricca di trizio, viene versata in una camera a vuoto.
2. All’interno, dei “vassoi a setaccio” (appunto, dei colini molto tecnologici) disperdono il metallo fuso in goccioline finissime.
3. Questo processo aumenta drasticamente l’area superficiale del liquido.
4. Il vuoto, combinato all’enorme superficie esposta, permette al gas (il trizio) di “evaporare” e separarsi efficientemente dal metallo.

In questa prima fase di test, per ovvie ragioni di sicurezza e praticità, gli ingegneri stanno usando deuterio e idrogeno come sostituti per dimostrare che il principio di recupero funziona.

Come funziona Unity 1

Dalla Teoria al Ciclo Completo: Il Progetto UNITY

Il VST è solo un pezzo del puzzle. Fa parte di un sistema più ampio che Kyoto Fusioneering sta sviluppando, il Fusion Fuel Cycle System, che deve gestire l’intera catena di approvvigionamento: recuperare il trizio, filtrarlo, immagazzinarlo e reinserirlo nel reattore.

I dati raccolti da UNITY-1 serviranno a progettare il sistema VST per UNITY-2, un progetto gemello molto più ambizioso situato in Ontario, Canada, in collaborazione con i Canadian Nuclear Laboratories (CNL).

La costruzione di UNITY-2 è già iniziata presso i Chalk River Laboratories. Questo impianto sarà il primo al mondo a dimostrare un ciclo completo del combustibile (full-loop) utilizzando trizio reale, in condizioni simili a quelle di un reattore.

L’obiettivo è far circolare fino a 30 grammi di trizio in un ciclo di 24 ore (con licenza per espandersi fino a 100 grammi). Per la fusione, non sono i fisici teorici a mancare, ma gli ingegneri idraulici capaci di gestire metalli fusi radioattivi.

Come ha dichiarato Satoshi Konishi, Co-Fondatore e CEO di Kyoto Fusioneering: “Dimostrare l’efficacia del recupero dell’idrogeno è un passo fondamentale verso l’energia da fusione su larga scala. […] Questi test danno ai nostri partner industriali fiducia nella nostra capacità di fornire un approvvigionamento di combustibile affidabile”.

Mentre il mondo guarda al plasma supercaldo, il vero progresso, forse, si sta facendo nei “tubi” e nei “filtri”.

Domande e risposte

Perché non si usa semplicemente il trizio che già abbiamo? Perché, di fatto, non ne abbiamo. Il trizio è un isotopo dell’idrogeno radioattivo (decade in circa 12 anni) ed è estremamente raro in natura. Le scorte mondiali attuali, sottoprodotto di alcuni reattori a fissione, si misurano in poche decine di chilogrammi. Per alimentare un’economia basata sulla fusione, ogni reattore deve essere in grado di “auto-prodursi” il combustibile (breeding) e, soprattutto, di recuperarlo in tempo reale.

Qual è la vera innovazione del sistema VST? Il problema è separare un gas (trizio) da un liquido (litio-piombo fuso). La soluzione VST (Vacuum Sieve Tray) è un’innovazione di ingegneria meccanica e di processo: forzando il metallo fuso a trasformarsi in micro-goccioline all’interno di una camera a vuoto, l’area superficiale di contatto tra liquido e vuoto aumenta esponenzialmente. Questo permette al gas di “sfuggire” dal liquido in modo molto più rapido ed efficiente rispetto ad altri metodi.

Cosa cambia tra UNITY-1 (Giappone) e UNITY-2 (Canada)? UNITY-1 è il banco di prova per la tecnologia VST. Serve a dimostrare che il “concetto” funziona, utilizzando surrogati sicuri come l’idrogeno e il deuterio al posto del trizio. UNITY-2, che si sta costruendo in Canada, è la prova del nove: sarà il primo impianto a integrare il VST in un ciclo completo (full-loop) e a testarlo utilizzando trizio reale, gestendo quindi anche tutte le complessità legate alla sicurezza e alla radioattività del combustibile vero.

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