reattore sperimentale fusione nucleare

È il grande sogno di chi cerca di riprodurre sulla Terra ciò che avviene all’interno del Sole: la fusione nucleare. La tecnologia è agli inizi, ma alcuni la considerano la risposta al futuro fabbisogno energetico dell’umanità. E un passo fondamentale in questa direzione è stato compiuto questo venerdì, con l’inaugurazione in Giappone del dispositivo JT-60SA, il più potente reattore sperimentale a fusione nucleare in funzione al mondo.

Che è la fusione nucleare

A differenza della fissione, che è la tecnica attualmente utilizzata nelle centrali nucleari, la fusione fonde due nuclei atomici invece di dividerne uno. L’obiettivo finale è far sì che i nuclei di idrogeno si fondano in un elemento più pesante, l’elio, rilasciando energia sotto forma di luce e calore, imitando il processo che avviene all’interno del Sole. In altre parole, l’idea è quella di ottenere energia producendo una “mini stella artificiale” sulla Terra.

A differenza della fissione, la fusione non comporta il rischio di incidenti nucleari catastrofici come quello avvenuto a Fukushima, in Giappone, nel 2011. EUROfusion, un consorzio di 31 laboratori in Europa che contribuisce al progetto, cita tra i vantaggi della fusione che il combustibile necessario è abbondante e questo evita “il rischio di conflitti geopolitici” oltre a non produrre gas serra.

Come si realizza la fusione

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Fu già negli anni ’50 che i ricercatori sovietici Andrei Sakharov e Igor Tamm progettarono il primo dispositivo di fusione a confinamento magnetico o “tokamak”. Il termine “tokamak” è l’acronimo di un’espressione russa che significa “camera toroidale con bobine magnetiche”.

Il JT-60SA è un dispositivo tokamak o toroidale (a forma di ciambella), che funziona a idrogeno.

Il reattore inaugurato in Giappone è il più potente dispositivo di fusione mai realizzato finora che sfrutta il confinamento magnetico per studiare il funzionamento del plasma. Nel tokamak è presente una camera a vuoto a forma di ciambella e magneti che generano un campo magnetico. Il gas idrogeno è sottoposto a calore e pressione estremi finché non si trasforma in plasma, un gas caldo e carico elettricamente.

Nel caso del JT-60SA, il gas verrà riscaldato a 200 milioni di °C e confinato magneticamente per un massimo di 100 secondi con l’aiuto di un potente sistema magnetico composto da 28 bobine

superconduttrici che operano in diverse parti della macchina, come spiegato dal consorzio EUROfusion.

Le particelle di plasma energizzate si scontrano e si riscaldano. Le temperature all’interno di un tokamak devono raggiungere circa 150 milioni di °C per convertire il gas in plasma e affinché avvenga la reazione di fusione.

In queste condizioni, le particelle altamente energizzate, invece di respingersi come fanno naturalmente quando si scontrano, si fondono e questa fusione rilascia enormi quantità di energia. Le pareti del tokamak sono ricoperte all’interno da bobine che generano un campo magnetico che riesce a mantenere confinato il plasma.

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Le conoscenze acquisite dal reattore in Giappone saranno condivise con il reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER), il più grande esperimento internazionale in questo campo, che si trova in Francia ed è ancora in costruzione. Si spera che questi esperimenti aiutino gli scienziati a progettare le future centrali elettriche a fusione.

Quanto è importante lo stabilimento inaugurato in Giappone

L’impianto si trova presso l’Istituto nazionale giapponese di scienza e tecnologia quantistica (QST) nella città di Naka, a nord di Tokyo. L’obiettivo del reattore JT-60SA è studiare la fattibilità della fusione come fonte di energia su larga scala e priva di carbonio. L’obiettivo è ottenere un’energia “netta” sicura, cioè in grado di generare più energia di quella utilizzata per produrla.

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L’impianto è un progetto congiunto dell’Unione Europea e del Giappone. Sam Davis, vicedirettore del progetto JT-60SA, ha affermato che il reattore “ci avvicinerà all’energia da fusione”. “È il risultato di una collaborazione tra più di 500 scienziati e ingegneri e più di 70 aziende provenienti da tutta Europa e dal Giappone”, ha affermato Davis venerdì all’inaugurazione, in dichiarazioni riportate dall’agenzia AFP.

Si stima che il costo totale del progetto per la fase di costruzione si aggiri intorno ai 560 milioni di euro in valori attuali, distribuiti tra Europa e Giappone.

Quanto siamo lontani dalla fusione su larga scala?

Nel dicembre 2022, il guadagno netto di energia è stato raggiunto presso il National Ignition Facility presso il Lawrence Livermore National Laboratory negli Stati Uniti, dove si trova il laser più grande del mondo. La struttura statunitense utilizza un metodo diverso da ITER e JT-60SA noto come fusione a confinamento inerziale, in cui i laser ad alta energia vengono simultaneamente diretti verso un cilindro contenente idrogeno.

Il governo degli Stati Uniti ha definito il risultato un “risultato storico” nella ricerca di una fonte di energia pulita e illimitata. Tuttavia, l’esperimento è riuscito a produrre solo l’energia sufficiente per far bollire da 15 a 20 bollitori e ha richiesto 3,5 miliardi di dollari. L’esperimento ha dimostrato che la scienza funziona. Ma la tecnologia deve essere perfezionata e resa più economica, e la quantità di energia generata dovrà essere aumentata in modo significativo.

una pietra miliare nella storia della fusione

Il commissario per l’Energia dell’Unione europea, Kadri Simson, ha dichiarato venerdì all’inaugurazione del JT-60SA che si tratta di “il tokamak più avanzato al mondo” e ha descritto l’inizio delle sue operazioni come “una pietra miliare nella storia della fusione“.

“La fusione ha il potenziale per diventare una componente chiave del mix energetico nella seconda metà di questo secolo”, ha aggiunto Simson.

Andrea TosiEsteriTopEnergia pulita,energia sostenibile,fusione nucleare,Giappone,reattore JT-60SA,tokamak
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