La Cina annuncia nuove scoperte nella fusione nucleare

I ricercatori che lavorano al progetto cinese del “sole artificiale” hanno scoperto una modalità di funzionamento del plasma mai vista prima che potrebbe portare a una generazione più stabile ed efficace di energia da fusione nucleare.
Questa scoperta potrebbe aiutare i futuri esperimenti di fusione a creare una fonte di energia sicura, pulita e quasi illimitata per l’umanità.
Il “super I-mode” è stato scoperto per la prima volta nel reattore Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) di Hefei, durante un’operazione da record durata 17 minuti nel dicembre 2021. I risultati, dopo un’accurata verifica da parte di esperti, sono stati pubblicati sabato sulla rivista internazionale Science Advances.
L’operazione – che ha utilizzato campi magnetici per riscaldare a 70 milioni di gradi Celsius il gas carico di plasma composto da elettroni e ioni di idrogeno in movimento libero – ha permesso di ottenere un confinamento ad alta energia sia in profondità nel plasma che ai suoi margini, ha scritto l’équipe dell’Istituto di fisica del plasma dell’Accademia delle scienze cinese e i suoi collaboratori provenienti, tra gli altri, da Stati Uniti, Europa e Giappone.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che la nuova modalità “presenta un grande potenziale” per l’applicazione nell’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), il più grande reattore a fusione del mondo attualmente in costruzione in Francia.
“Questo è un risultato importante per ITER e per la fusione”, ha dichiarato il fisico Richard Pitts, che dirige gli esperimenti e le operazioni al plasma presso ITER.
“L’importanza degli esperimenti EAST è che hanno dimostrato, per la prima volta, che i plasmi dei tokamak… possono essere sostenuti e controllati per impulsi molto lunghi – più di 1.000 secondi, che è simile agli impulsi lunghi che ITER si prefigge di ottenere a lungo termine”, ha aggiunto Pitts.
Ci sono tutti i tipi di problemi associati al funzionamento con impulsi molto lunghi, ed è molto confortante per noi di ITER vedere che questo è stato raggiunto, anche se su un dispositivo molto più piccolo”.

Uno dei principali vantaggi della modalità super I è stata la capacità di ridurre le perdite di energia sul bordo del plasma, dove il gas supercaldo si trovava direttamente di fronte allo scudo termico del tokamak, ha dichiarato Song Yuntao, coautore dello studio. “Se paragoniamo le reazioni di fusione nucleare ai fulmini, il nostro obiettivo è raccogliere il maggior numero possibile di fulmini in una gabbia magnetica ed esportare l’energia per uso umano in modo stabile e duraturo”, ha dichiarato sabato Song all’agenzia di stampa statale cinese Xinhua. “La nuova modalità di funzionamento scoperta su EAST ci permette di raccogliere un maggior numero di fulmini senza danneggiare la gabbia magnetica, mantenendo un funzionamento stabile per lungo tempo”.

Tokamak come EAST e ITER rappresentano uno dei percorsi più promettenti verso la fusione nucleare controllata. Tuttavia, come creare un plasma ad alte prestazioni e confinarlo abbastanza a lungo da permettere agli idrogeni di combinarsi per produrre energia netta – nello stesso modo in cui il nostro sole emette luce e calore – rimane una sfida.

In realtà, gli scienziati della fusione usano parametri operativi come la temperatura e l’energia – noti come “modalità” – per controllare lo stato del plasma, ha detto il dottor Liu Zhihong dell’Istituto di fisica del plasma di Hefei.
La maggior parte dei tokamak odierni, compreso EAST, opera in modalità H, o modalità ad alto confinamento. Scoperta per la prima volta su un tokamak in Germania nel 1982, la modalità H è almeno 100 volte più efficiente nel confinamento del plasma rispetto alla precedente modalità a basso confinamento e ha reso possibili reattori di grandi dimensioni come ITER.
Tuttavia, uno dei principali svantaggi del funzionamento in modalità H è la possibilità di provocare un rapido rilascio di energia sul bordo del plasma e di danneggiare i materiali circostanti.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno studiato la modalità I – o modalità di confinamento migliorata – in cui l’energia di fusione viene rilasciata attraverso un processo più continuo per evitare di danneggiare le superfici.
Il team di EAST è rimasto sorpreso nello scoprire che, rispetto alla modalità I, la loro nuova modalità migliorava drasticamente il confinamento dell’energia sia nel nucleo del plasma che nel bordo, per cui l’hanno chiamata super modalità I, ha detto Liu.

Non è chiaro se ITER possa operare in modalità super I, poiché questa modalità è stata vista solo su EAST, ha osservato Pitts. Tuttavia, ITER prevede di operare in “scenari avanzati” simili a quelli degli esperimenti EAST.
Questi scenari avanzati consentono di eseguire durate di plasma molto lunghe, fino a 3.000 secondi su ITER”.  Quindi si tratterà di implementare la modalità I anche sul ITER, che si trova a dover essere parzialmente rivisto pur non essendo neppure ancora completato.