Fusione nucleare: negli USA superato il limite di Greenwald di 10 volte. La reazione è molto più vicina

La fusione nucleare promette una fonte di energia sostenibile e virtualmente illimitata attraverso processi simili a quelli che alimentano il Sole, a condizione che prima si riescano a risolvere alcuni problemi fisici fondamentali e piuttosto complicati.

Attualmente si sta studiando una varietà di metodi per spremere energia dagli atomi, ognuno con i suoi pro e contro. Una nuova ricerca suggerisce che presto potremmo avere un modo per superare un ostacolo importante nei processi che utilizzano tunnel a forma di ciambella, noti come tokamak.

Una barriera precedentemente teorizzata per la fusione nei tokamak, nota come limite di Greenwald, è stata ora abbattuta di un fattore dieci, grazie agli sforzi di un team di ricercatori dell’Università del Wisconsin attraverso il Madison Symmetric Torus (MST). Il risultato è stato pubblicato su Physical Review Letters.

Sebbene i meccanismi alla base del limite non siano ben compresi, la regola empirica stabilisce un tetto alla densità di elettroni nel plasma riscaldato del tokamak. Questo significa che si possono raggiungere densità del plasma molto più elevate del normale. 

Avere un modo affidabile per superare questo limite significa che possiamo fare un salto in avanti in termini di stabilità ed efficienza dei reattori di fusione tokamak, avvicinandoci al giorno in cui la fusione nucleare potrà diventare una realtà pratica.

“Qui vengono presentati esperimenti di tokamak con una densità di elettroni che supera il limite di Greenwald fino a un fattore dieci in condizioni stazionarie, il che non ha precedenti”, scrivono i ricercatori nel loro articolo pubblicato.

La fusione nucleare – l’unione forzata di nuclei atomici per rilasciare energia in eccesso – richiede un calore intenso creato dal confinamento delle particelle cariche che compongono il plasma.

Un tokamak è un tipo particolare di reattore a fusione nucleare che utilizza correnti per guidare il plasma attraverso il centro di un grande anello cavo. I campi magnetici all’interno di questa massa calda di particelle cariche aiutano a mantenerla confinata, ma il plasma è più incline alle instabilità rispetto a quello di metodi simili, e altamente soggetto a un limite piuttosto rigido alla densità degli elettroni del plasma. Una maggiore densità di elettroni significherebbe più reazioni e più energia.

Il team ritiene che due caratteristiche chiave dell’MST abbiano contribuito a rompere i limiti di questa densità in modo così completo: le sue pareti spesse e conduttive (per stabilizzare i campi magnetici che manipolano il plasma) e la sua alimentazione, che può essere regolata in base al feedback (di nuovo, cruciale per la stabilità).

“La densità massima sembra essere stabilita da limitazioni hardware piuttosto che dall’instabilità del plasma”, scrivono i ricercatori. Questo significa che non ci sono delle limitazioni fisiche, ma solo tecnologiche, verso la fusione. 

Si tratta di un’altra vittoria per la fusione nei tokamak in una recente serie di successi. Negli ultimi anni gli scienziati sono stati impegnati a costruire reattori più grandi, ad aumentare l’energia prodotta e a raggiungere temperature più elevate per le reazioni.

Questo non significa che la fusione nucleare sarà pronta a breve, e ci sono delle avvertenze di cui parlare. Il plasma non funzionava al calore ultraelevato come avviene normalmente nelle reazioni di fusione, quindi questi esperimenti dovranno essere scalati in questo senso.

Gli autori del nuovo studio sono fiduciosi che gli scienziati saranno in grado di capire come ottenere questi risultati su altre macchine – anche se c’è ancora del lavoro da fare per analizzare esattamente perché questa particolare configurazione funziona così bene.

“Rimangono domande sul perché, nello specifico, l’MST sia in grado di operare con un’elevata frazione di Greenwald, e in che misura questa capacità possa essere estesa a dispositivi con prestazioni più elevate”, scrivono i ricercatori.