I fisici hanno appena riscritto una regola fondamentale per i reattori di fusione nucleare che potrebbero scatenare il doppio del potere

Le future reazioni di fusione all'interno dei tokamak potrebbero produrre molta più energia di quanto si pensasse in precedenza, grazie a una nuova ricerca rivoluzionaria che ha scoperto che una legge fondamentale per tali reattori era sbagliata.

La ricerca sulla fusione nucleare, guidata dai fisici dello Swiss Plasma Center presso il cole Polytechnique Fdrale de Lausanne (EFPL), ha determinato che la densità massima del combustibile a idrogeno è circa il doppio del "Limite di Greenwald", una stima derivata da esperimenti più di 30 anni fa.

La scoperta che i reattori a fusione possono effettivamente funzionare con densità di plasma di idrogeno che sono molto più elevate del limite di Greenwald per cui sono costruiti influenzerà il funzionamento del massiccio tokamak ITER in costruzione nel sud della Francia e influenzerà notevolmente i progetti dei successori di ITER, chiamati il Reattori a fusione per centrali elettriche dimostrative (DEMO), ha affermato il fisico Paolo Ricci allo Swiss Plasma Center.

"Il valore esatto dipende dalla potenza", ha detto Ricci a WordsSideKick.com. "Ma come stima approssimativa, l'aumento è dell'ordine di un fattore due in ITER".

Ricci è uno dei leader del progetto di ricerca, che ha combinato il lavoro teorico con i risultati di circa un anno di esperimenti in tre diversi reattori a fusione in tutta Europa EPFLs Tokamak Configuration Variable ( TCV (opens in new tab)), il Joint European Torus ( JET (si apre in una nuova scheda) ) a Culham nel Regno Unito e l'Axially Symmetric Divertor Experiment ( ASDEX (si apre in una nuova scheda) ) Upgrade tokamak presso il Max Planck Institute for Plasma Physics a Garching in Germania.

È anche uno degli autori principali di uno studio sulla scoperta pubblicato il 6 maggio sulla rivista Physical Review Letters (si apre in una nuova scheda).

Futura fusione

I tokamak a forma di ciambella sono uno dei progetti più promettenti per i reattori a fusione nucleare che un giorno potrebbero essere utilizzati per generare elettricità per le reti elettriche.

Gli scienziati hanno lavorato per più di 50 anni per rendere la fusione controllata una realtà; a differenza della fissione nucleare, che produce energia dalla distruzione di nuclei atomici molto grandi, la fusione nucleare potrebbe generare ancora più energia unendo insieme nuclei molto piccoli.

Il processo di fusione crea molte meno scorie radioattive rispetto alla fissione e l'idrogeno ricco di neutroni che utilizza per il suo combustibile è relativamente facile da ottenere.

Lo stesso processo alimenta stelle come il sole , motivo per cui la fusione controllata è paragonata a una "stella in un barattolo"; ma poiché l'altissima pressione nel cuore di una stella non è fattibile sulla Terra , le reazioni di fusione quaggiù richiedono temperature più calde del sole per funzionare.

Il tokamak sperimentale TCV a Losanna in Svizzera viene utilizzato per testare il comportamento dei plasmi di idrogeno che serviranno da combustibile nei futuri reattori a fusione. (Credito immagine: Curdin Wthrich/SPC/EPFL)

La temperatura all'interno del tokamak TCV (si apre in una nuova scheda), ad esempio, può essere superiore a 216 milioni di gradi Fahrenheit (120 milioni di gradi Celsius) quasi 10 volte la temperatura del nucleo di fusione del sole, che è di circa 27 milioni di F ( 15 milioni C).

Diversi progetti di energia da fusione sono ora in una fase avanzata e alcuni ricercatori ritengono che il primo tokamak per generare elettricità per la rete potrebbe funzionare entro il 2030 (si apre in una nuova scheda), secondo quanto riportato in precedenza da Live Science.

Più di 30 governi in tutto il mondo stanno anche finanziando il tokamak ITER ("Iter" significa "la via" in latino) che dovrebbe produrre i suoi primi plasmi sperimentali nel 2025.

ITER, tuttavia, non è progettato per generare elettricità; ma i tokamak basati su ITER, chiamati reattori DEMO, sono ora in fase di progettazione e potrebbero funzionare entro il 2051.

Problemi al plasma

Al centro dei nuovi calcoli c'è il limite di Greenwald, dal nome del fisico del MIT Martin Greenwald, che determinò il limite nel 1988.

I ricercatori stavano cercando di scoprire perché i loro plasmi di fusione diventassero effettivamente incontrollabili (si espansero al di fuori dei campi magnetici da cui erano contenuti all'interno della camera del tokamak) quando aumentarono la densità del carburante oltre un certo punto e Greenwald derivò un limite sperimentale basato su un tokamak raggio minore (la dimensione del cerchio interno della ciambella) e la quantità di corrente elettrica che passa attraverso il plasma.

Sebbene gli scienziati sospettassero da tempo che il limite di Greenwald potesse essere migliorato, è stata una regola fondamentale della ricerca sulla fusione per oltre 30 anni, ha affermato Ricci. Ad esempio, è un principio guida del design di ITER.

Un alto elettromagnete, il solenoide centrale, è il cuore dell'ITER Tokamak. Avvia la corrente del plasma e guida e modella il plasma durante il funzionamento. (Credito immagine: US ITER)

L'ultimo studio, tuttavia, espande sia gli esperimenti che la teoria che Greenwald ha utilizzato per ricavare il suo limite, risultando in un limite di densità del combustibile molto più alto che aumenterà sia la capacità di ITER che avrà un impatto sui progetti dei reattori DEMO che verranno dopo di esso, Egli ha detto.

La chiave è stata la scoperta che un plasma può sostenere una maggiore densità di carburante all'aumentare della potenza di una reazione di fusione, ha affermato.

Non è ancora possibile sapere come un così grande aumento della densità del carburante influenzerà la potenza dei tokamak, ha detto Ricci, ma è probabile che sia significativo; e la ricerca mostra che una maggiore densità di combustibile renderà più facile il funzionamento dei reattori a fusione.

"Rende più facili da raggiungere condizioni di fusione sicure e sostenibili", ha affermato. "Ti permette di raggiungere il regime che desideri, in modo che il reattore a fusione possa funzionare correttamente".

Originariamente pubblicato su Live Science.

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