Fusione nucleare: il reattore tedesco funziona! Ecco la “Stella nel bicchiere”

Fusione nucleare: il reattore tedesco funziona! Ecco la “Stella nel bicchiere”

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Si chiama Wendelstein 7-X e potrebbe rivoluzionare totalmente il settore della produzione di energia. In base ad un paper pubblicato su Nature Communications, il mega-impianto tedesco non solo funziona, ma lo fa anche con “una precisione senza precedenti”.

Il futuro dell’umanità dipende dall’energia e da tempo la scienza e la tecnica sono in cerca di una fonte inesauribile e pulita che possa sostituire l’utilizzo di carburanti fossili.

Negli ultimi anni, la ricerca si è mossa in direzione dello sviluppo della sorella pulita della fissione nucleare, ovvero la fusione termonucleare.

Nella fissione nucleare, il nucleo di un elemento chimico pesante decade in frammenti di minori dimensioni, ovvero in nuclei di atomi a numero atomico inferiore, con emissione di una grande quantità di energia e radioattività.

La fissione nucleare è comunemente utilizzata nei reattori nucleari e nei tipi più semplici di arma nucleare, quali le bombe all’uranio (come Little Boy che colpì Hiroshima) o al plutonio (come Fat Man che colpì Nagasaki).

Il problema di questo processo è la grande quantità di scorie radioattive residue, ovvero, lo scarto di combustibile nucleare esausto derivante dalla fissione nucleare nel nocciolo o nucleo del reattore nucleare a fissione.

L’alternativa miracolosa per la produzione di energia nucleare senza la conseguente quantità di scorie sarebbe quella di poter controllare l’altro processo, la fusione nucleare.

La fusione nucleare è il processo attraverso il quale i nuclei di due o più atomi vengono avvicinati o compressi a tal punto da superare la repulsione elettromagnetica e unirsi tra loro generando il nucleo di un elemento di massa minore o maggiore della somma delle masse dei nuclei reagenti.

Il processo di fusione è il meccanismo che alimenta le stelle, dove si generano tutti gli elementi che costituiscono l’universo, dall’elio fino all’uranio. Sarebbe possibile imbrigliare questa immensa potenza per produrre energie pulita e virtualmente illimitata? Insomma, si può creare una “stella in un bicchiere”?

Negli ultimi sessant’anni è stato profuso un notevole sforzo teorico e sperimentale per mettere a punto la fusione nucleare per generare elettricità e anche come sistema di propulsione per razzi, ben più efficiente dei sistemi basati su reazioni chimiche o sulla reazione di fissione.

Al momento il progetto più promettente verso la realizzazione di energia elettrica da fusione sembra essere Wendelstein 7-X (abbreviato in W7-X), è un reattore nucleare, la sua realizzazione ha richiesto 19 anni, 1,1 milioni di ore-lavoro ed investimenti pari a circa 1 miliardo di euro.

Secondo quanto si apprende da un articolo comparso su Nature Communications, il mega-impianto tedesco non solo funziona, ma lo fa anche con “una precisione senza precedenti”.

wendelstein-7-x

Come funziona?

Un reattore per la fusione nucleare funziona grazie al confinamento di un gas ionizzato denominato plasma. Quando quest’ultimo viene riscaldato a temperature intorno ai 100 milioni di gradi, gli elettroni si separano dai loro atomi: in questo modo vengono formati degli ioni che, collidendo e fondendosi insieme, generano energia.

Si tratta dello stesso processo che alimenta il nostro Sole: spiegandolo in questo modo potrebbe apparire semplice, ma in realtà costruire un reattore per sfruttare questa energia è molto complesso.

Ebbene, i reattori come il W7-X riescono a generare energia facendo fondere fra loro gli atomi a temperature estremamente alte, il tutto senza produrre rifiuti radioattivi (o di altro tipo).

Il W7-X è peraltro un esempio dell’approccio più complesso alla fusione nucleare, trattandosi di un cosiddetto “stellarator”: si tratta di un tipo di reattore molto più arduo da costruire rispetto ai cosiddetti “tokamak“, che rappresentano il concept maggiormente utilizzato negli studi in questo campo, anche se finora i risultati ottenuti non sono stati quelli sperati.

tokamak

I tokamak riescono infatti a tenere sotto controllo il plasma solamente per pochi minuti alla volta (il record appartiene all’impianto francese Tore Supra, con 6’30”): con una durata così breve, è impossibile ottenere più energia di quella immessa nel sistema per riscaldare il plasma alle altissime temperature necessarie.

Sul versante opposto, gli stellarator sembrano invece in grado di garantire accensioni fino a 30 minuti, ma presentano difficoltà di progettazione e costruzione molto grandi.

La struttura dello stellarator è molto complessa, vista la necessità di creare un campo magnetico di forma toroidale. L’approccio utilizzato nel W7-X è infatti quello del confinamento magnetico, che sta avendo un certo successo nel campo degli studi sulla fusione nucleare.

stellarator

Parlare di confinamento magnetico significa che una volta riscaldato il plasma, dei potenti campi magnetici vengono generati per tenerlo sotto controllo. Nel caso del W7-X, questo viene ottenuto grazie a 50 bobine magnetiche da 6 tonnellate (che nell’immagine sottostante sono rappresentate in blu).

campo-magnetico

wendelstein-7-x-1

Come si può leggere nello studio, il W7-X non solo produce i campi magnetici per i quali è stato progettato, ma lo fa addirittura con un accuratezza mai vista, ossia con un tasso di errore inferiore a 1 su 100.000.

«Per quanto ne sappiamo, questa è un’accuratezza senza precedenti, sia in termini del lavoro ingegneristico dietro ad un dispositivo di fusione che nella misurazione della topologia magnetica», scrivono gli scienziati coinvolti.

Se questo vi sembra oscuro o poco significativo, tenete presente che l’altissima precisione dei campi magnetici è ciò che conferisce stabilità ad un reattore, permettendogli di restare in funzione molto a lungo o, per dirla in altri termini, abbastanza a lungo da produrre più energia di quella utilizzata per farlo funzionare.

 

 

 

Fonte: ibtimes

Tratto da: ilnavigatorecurioso

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