Un record di fusione nucleare di 24 anni è crollato. Gli scienziati del Joint European Torus (JET) vicino a Oxford, nel Regno Unito, hanno annunciato il 9 febbraio di aver generato l’energia più alta mai sostenuta dalla fusione di atomi insieme, più che raddoppiando il proprio record dagli esperimenti eseguiti nel 1997.

“Questi risultati storici ci hanno portato un enorme passo avanti verso la conquista di una delle più grandi sfide scientifiche e ingegneristiche di tutte”, ha affermato Ian Chapman, che guida il Culham Center for Fusion Energy (CCFE), dove ha sede JET, in una dichiarazione . JET è di proprietà dell’Autorità britannica per l’energia atomica, ma le sue operazioni scientifiche sono gestite da una collaborazione europea chiamata EUROfusion.

Se i ricercatori riescono a sfruttare la fusione nucleare, il processo che alimenta il Sole, promette di fornire una fonte quasi illimitata di energia pulita. Ma finora nessun esperimento ha generato più energia di quanta ne immetta. I risultati di JET non cambiano le cose, ma suggeriscono che un progetto successivo di un reattore a fusione che utilizza la stessa tecnologia e la stessa miscela di combustibile – l’ambizioso ITER da 22 miliardi di dollari, programmato per iniziare gli esperimenti di fusione nel 2025, dovrebbe alla fine essere in grado di raggiungere questo obiettivo.

“JET ha davvero raggiunto ciò che era stato previsto. La stessa modellazione ora dice che ITER funzionerà”, afferma la fisica della fusione Josefine Proll della Eindhoven University of Technology nei Paesi Bassi, che non è stata coinvolta nella ricerca di JET. “È davvero un buon segno e sono entusiasta”.

DUE DECENNI DI LAVORO

Gli esperimenti, il culmine di quasi due decenni di lavoro, sono importanti per aiutare gli scienziati a prevedere come si comporterà ITER e guideranno le sue impostazioni operative, afferma Anne White, fisica del plasma presso il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge che lavora sui tokamak, reattori come JET che hanno una forma a ciambella. “Sono sicuro di non essere il solo nella comunità della fusione a voler porgere le più sincere congratulazioni al JET Team.”

JET e ITER utilizzano campi magnetici per confinare il plasma, un gas surriscaldato di isotopi di idrogeno, nel tokamak. Sotto il calore e la pressione, gli isotopi dell’idrogeno si fondono in elio, rilasciando energia sotto forma di neutroni.

Per battere il record energetico, JET ha utilizzato una miscela di carburante al trizio, la stessa che alimenterà ITER, che è in costruzione nel sud della Francia. Il trizio è un isotopo raro e radioattivo dell’idrogeno che, quando si fonde con il deuterio, produce molti più neutroni delle sole reazioni del deuterio. Ciò aumenta la produzione di energia, ma l’utilizzo di questo carburante ha richiesto a JET di sottoporsi a più di due anni di ristrutturazione per preparare la macchina all’assalto. Il trizio è stato utilizzato l’ultima volta da un esperimento di fusione tokamak quando JET ha stabilito il precedente record di energia di fusione nel 1997.

In un esperimento del 21 dicembre 2021, il tokamak di JET ha prodotto 59 megajoule di energia in un “impulso” di fusione di cinque secondi, più del doppio dei 21,7 megajoule rilasciati nel 1997 in circa quattro secondi. Sebbene l’esperimento del 1997 conservi ancora il record di “potenza di picco”, era più di una frazione di secondo e la sua potenza media allora era inferiore alla metà di quella odierna, afferma Fernanda Rimini, scienziata del plasma presso il CCFE che ha supervisionato l’ultimo esperimento campagna. Il miglioramento ha richiesto 20 anni di ottimizzazione sperimentale, nonché aggiornamenti hardware che includevano la sostituzione della parete interna del tokamak per sprecare meno carburante, afferma.

RAPPORTO DI POTENZA

La produzione di energia in un certo numero di secondi è essenziale per comprendere il riscaldamento, il raffreddamento e il movimento che si verificano all’interno del plasma che saranno cruciali per eseguire ITER, afferma Rimini.

Cinque secondi “è un grosso problema”, aggiunge Proll, che lavora su un progetto alternativo di reattore a fusione chiamato stellarator. “È davvero, davvero impressionante.”

L’anno scorso, il National Ignition Facility del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha stabilito un record di fusione diverso: ha utilizzato la tecnologia laser per produrre la più alta potenza di fusione rispetto alla potenza in ingresso, un valore chiamato Q. La struttura ha prodotto un Q di 0,7, dove 1 sarebbe pareggio — un punto di riferimento per la fusione laser che ha battuto il record del 1997 di JET. Ma l’evento ebbe vita breve, producendo appena 1,9 megajoule in meno di 4 miliardesimi di secondo.

L’ultimo esperimento di JET ha sostenuto un valore Q di 0,33 per cinque secondi, afferma Rimini. A un decimo del volume, JET è una versione ridotta di ITER: una vasca da bagno rispetto a una piscina, afferma Proll, e poiché perde calore più facilmente non ci si aspettava che raggiungesse il pareggio. Se gli ingegneri applicassero le stesse condizioni e l’approccio fisico a ITER, dice, probabilmente raggiungerebbe il suo obiettivo di un Q di 10, producendo dieci volte l’energia immessa.

I ricercatori sulla fusione sono lontani dall’avere tutte le risposte. Una sfida rimanente, ad esempio, è affrontare il calore creato nella regione di scarico del reattore ITER, che aumenterà di superficie rispetto al JET, ma non proporzionalmente all’aumento di potenza che dovrà affrontare. La ricerca è in corso per capire quale design resiste meglio al calore, ma non ci sono ancora, afferma Proll.

La corsa da record è avvenuta l’ultimo giorno di una campagna di cinque mesi da cui Rimini afferma che gli scienziati hanno raccolto una grande quantità di informazioni che analizzeranno nei prossimi anni. L’esperimento finale ha spinto il dispositivo al suo “massimo assoluto”, aggiunge Rimini, che ha assistito in tempo reale al test da record. “Non siamo saltati su e giù per abbracciarci – eravamo a 2 metri di distanza – ma è stato molto eccitante”.