La fusione nucleare inerziale raggiunge un nuovo traguardo

First Light Fusion, l’azienda leader mondiale nella fusione inerziale, è riuscita ad aumentare la distanza di ‘stallo’ – la distanza percorsa dal proiettile al bersaglio della fusione – di oltre 10 volte. Si tratta di una pietra miliare significativa che potrebbe risolvere una delle sfide ingegneristiche cruciali nella progettazione di una centrale elettrica a fusione di proiettili.

La fusione nucleare sparando proiettili

First Light sta sviluppando un nuovo metodo per la fusione con confinamento che utilizza l’energia cinetica per ottenere la fusione nucleare. Invece che limitarsi a creare il plasma, contenerlo e riscaldarlo, First Light “Spara” dei proiettili ad altissima velocità contro un piccolo proiettile contenente l’idrogeno che deve essere fuso. Il succedersi di questi proiettili fornisce l’energia per raggiungere la reazione attraverso l’energia cinetica.

La sfida consiste nel lanciare con precisione il proiettile a velocità di diversi chilometri al secondo, assicurandosi che rimanga in uno stato solido quando colpisce il combustibile di fusione. First Light sta lavorando su questo problema, poiché il progetto della sua centrale elettrica pilota richiede un alto grado di velocità e precisione. Hanno condotto una ricerca su questo aspetto con la loro Machine 3, che utilizza energia pulsata per lanciare proiettili elettromagneticamente e che li accelera sino a 20 km al secondo, 72 000 km/h.

Finora, la distanza di stallo più alta raggiunta è stata di 10 mm, sufficiente per testare la tecnologia degli amplificatori tramite energia cinetica, ma molto lontana dalla lunghezza ideale della potenziale “Canna” della pistola per ottenere la fusione, che dovrebbe essere di diversi metri per essere utilizzabile a livello commerciale.

La “Machine 3”, l’attuale prototip di reattore per la fusione inerziale

Nell’ambito del suo programma sperimentale, questo mese First Light è riuscita ad aumentare la distanza di stallo da 10 mm a 10 cm, un aumento significativo di 10 volte. Il design del cannone elettrico utilizzato nell’esperimento sembra aver funzionato bene e sono stati in grado di esplorare il lancio ad alta velocità su una macchina ad alta energia pulsata che funziona senza fondere i proiettili e mantenendone intera la struttural, che è un requisito cruciale per ottenere una distanza di stallo.

Il proiettile è stato mantenuto allo stato solido per oltre 10 cm, adattando la lamina della pistola elettrica e gli spessori del proiettile all’impulso di corrente M3. Le simulazioni della resistenza del materiale sono state utilizzate per determinare gli spessori desiderati, che hanno permesso al design del proiettile di mantenere la sua resistenza su una distanza di volo di 10 cm.

Il proiettile non solo è stato in grado di raggiungere l’obiettivo primario, ma ha anche stabilito un nuovo record come in cannone elettromagnetico elettrica a più alta energia mai testata.

Per operare un processo pulsato continuo, una centrale a fusione inerziale richiederà un approccio di amplificazione, simile a un motore a combustione interna. In questo approccio, il combustibile sarà contenuto nel bersaglio amplificatore e il driver di fusione, che è un proiettile sparato a velocità, fungerà da candela. Il bersaglio verrà lasciato cadere nella camera di reazione e il proiettile verrà sparato contro il bersaglio per innescare la fusione.

Obiettivi e passi successivi

L’obiettivo di First Light è progettare un impianto a basso rischio, semplice e scalabile a grandi dimensioni. Aumentando l’energia per colpo e riducendo la frequenza, First Light mira a sviluppare un impianto più piccolo con un rischio molto più basso. Perché, secondo i suoi creatori, la fusione inerziale è molto più sicura di quella che si cerca di raggiungere con la compressione di plasma ad altissima temperatura nei tokamak.

First Light sta lavorando per affrontare le restanti sfide ingegneristiche nella progettazione di una centrale elettrica, una delle quali è la distanza di allontanamento. La capacità di simulazione avanzata dell’azienda le permette di provare migliaia di opzioni a questo ritmo.

“Questo è un momento fondamentale per First Light ed è il risultato di un’enorme quantità di sforzi, tempo e perseveranza da parte di tutto il team”, ha detto Mila Fitzgerald, scienziato di First Light Fusion. “Mentre scaliamo il nostro approccio e cerchiamo di progettare una centrale elettrica pilota basata sull’approccio del proiettile di First Light, una delle sfide principali è la capacità di sparare un proiettile ad alta velocità e da una distanza maggiore. Questa è la base del nostro attuale progetto di impianto pilota. Questo esperimento dimostra un modo per farlo ed è un passo entusiasmante nella giusta direzione”.

“Mentre ci avviamo verso l’era della commercializzazione dell’energia di fusione, la soluzione delle principali sfide ingegneristiche in una centrale elettrica è un obiettivo fondamentale per il team di First Light”, ha commentato il Dr. Nick Hawker, Fondatore e CEO di First Light Fusion. “Sappiamo che la fisica della fusione inerziale funziona. Il nostro recente successo al Sandia dimostra che i nostri amplificatori funzionano. Per raggiungere un’energia di fusione commerciale, economica e scalabile come parte del nostro mix energetico futuro, dobbiamo risolvere i fondamenti della centrale elettrica in un modo che funzioni con la fisica”.

Il prototipo dimostrativo in costruzione, Machine 4First 

Il Team ora sta lavorando a “Machine 4” , una macchina acceleratrice con il raggio di 75 metri che dovrebbe essere il dimostratore tecnologico della possibilità di guadagno energetico ottenibile dalla fusione nucleare inerziale lanciando proiettili a 60 km al secondo, 216000 km all’ora.