La Cina corre veloce in diversi ambiti del settore scientifico, dal mondo dell’aerospaziale alla fisica. E proprio parlando di fisica, la Cina sta facendo progressi enormi per quanto riguarda il mondo della fusione nucleare. Questa volta sono infatti riusciti a tenere acceso il loro reattore nucleare per ben 1056 secondi, battendo i precedenti record effettuati in questo campo.
La fusione nucleare è talmente importante che questo genere di esperimenti promettono di portare, tra qualche decina d’anni, alla realizzazione di grandi quantità di energia. I reatori per la fusione nucleare infatti dovrebbero essere in grado di sostituire totalmente le fonti energetiche come quelle prodotte da combustibili fossili (che sono deleteri sia in termini ambientali per via degli scarti prodotti come l’emissione di anidride carbonica oltre che per la salute).
Il record sembra essere avvenuto nel reattore cinese HT-7U, conosciuto come EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) che già in passato era stato al centro dell’attenzione scientifica e mediatica. Il reattore EAST in questione è riuscito a mantenere stabile il plasma ad alte temperature per ben 1056 secondi (pari a 17.6 minuti). Si tratta di un incremento notevole rispetto al precedente record di soli 101 secondi, raggiunto circa a metà dello scorso anno.
“Abbiamo raggiunto una temperatura del plasma di 120 milioni di gradi Celsius per 101 secondi in un esperimento nella prima metà del 2021. Questa volta, il funzionamento del plasma allo stato stazionario è stato sostenuto per 1056 secondi a una temperatura vicina ai 70 milioni di gradi Celsius, ponendo un solido fondamento scientifico e sperimentale verso il funzionamento di un reattore a fusione”
Il funzionamento di questo reattore è basato sull’utilizzo del deuterio, isotopo stabile dell’idrogeno e che si trova in abbondanza in natura. Lo scopo di questo test era raggiungere uno degli obiettivi prefissati, ciò significa che fin’ora sono stati raggiunti complessivamente i seguenti obiettivi:
Il prossimo tentativo sarà quello di riusciure a raggiungere tutti e tre gli obiettivi contemporaneamente.
Per capire bene l’importanza della fusione nucleare e dei vantaggi enormi che essa porterà un giorno, è bene conoscere l’attuale processo di fissione nucleare, utilizzato nelle moderne centrali nucleari. Parlando di fissione nucleare si parla di quel particolare processo che porta alla disintegrazione di nuclei pesanti come quello del torio o dell’uranio. Bombardando opportunamente quest’ultimi con neutroni, essi si dividono in due frammenti, entrambi di carica positiva. Avendo stessa carica, si respingeranno con violenza allontanandosi con un’elevata energia cinetica.
Da qui viene sviluppato calore e questo calore prodotto permette di scaldare l’acqua fino a produrre vapore. Da questo punto in poi, una centrale nucleare assomiglia in tutto e per tutto alle centrali teromelettriche: infatti, l’energia liberata sotto forma di calore viene prima trasformata in energia meccanica (tramite azionamento di una turbina grazie al vapore prodotto) e successivamente in energia elettrica tramite un alternatore, messo in moto dalla turbina.
La parte importante, e difficile, è il controllo del processo di fissione. Con la fissione infatti si liberano anche neutroni che possono a loro volta indurre altre fissioni innescando la cosiddetta reazione a catena che, in un reattore nucleare, permette di mantenerlo in funzione producendo energia in modo continuo e costante. E’ bene quindi tenere sotto controllo continuamente questa reazione a catena, rallentandola quando opportuno per non innescare troppe reazioni di fissione tutte insieme che causerebbero altrimenti situazioni spiacevoli.
La fusione nucleare è invece tutt’altra cosa, ed è importante non confonderla con la fissione discussa poc’anzi. La fusione nucleare è la reazione nucleare che avviene nel Sole e nelle altre stelle, con produzione di una enorme quantità di energia: due nuclei di elementi leggeri, quali deuterio e trizio, a pressioni e temperature altamente elevate, fondono. La fusione porta alla formazione di nuclei di elementi più pesanti come l’elio e l’emissione di grandi quantità di energia.
I due nuclei possono fondersi solo a distanze molto brevi, e affinché questo accada è necessario che la velocità con cui si urtino sia molto alta: urge quindi la necessità di fornire loro una grande quantità di energia cinetica e quindi la loro temperatura deve essere molto elevata.
A temperature molto alte le singole particelle di un gas tendono a dissociarsi nei corrispettivi elementi costitutivi (ioni ed elettroni). Inoltre, il gas si trasforma in una miscela di particelle cariche (ciò che viene definito plasma) che è di fatto il principale costituente delle stelle e del sole. Il sole vive di reazione di fusione. Con una temperatura interna di 14 milioni di gradi, la fusione di nuclei di idrogeno è responsabile di gran parte dell’energia che giunge fino a noi sotto forma di calore e di luce.
Per ottenere la reazione di fusione, è necessario confinare il plasma di idrogeno in uno spazio ristretto per due motivi: per avere collisione è necessario che il plasma si trovi in uno spazio ristretto in modo da aumentare la probabilità di collisione ma anche il plasma deve essere confinato perchè non può toccare in nessun modo le pareti dell”involucro” dove si trova. Nel sole questo si verifica ad opera delle enormi forze gravitazionali in gioco.
Per ottenere in laboratorio la fusione controllata, con un bilancio energetico positivo (cioè riuscire a produrre una quantità di energia che sia maggiore di quella utilizzata per produrla), è necessario riscaldare un plasma formato da deuterio e trizio a temperature molto elevate (parliamo di 100 milioni di gradi Celsius). Non solo, è necessario mantenerlo confinato in uno spazio limitato per un tempo sufficiente elevato in modo che l’energia liberata dalle reazioni di fusione possa superare e quindi compensare l’energia usata per produrlo (che include anche le perdite dovute alla non idealità del processo).
Il problema della reazione nucleare, ed è il principale avversario nello sviluppo di questa tecnologia, è la gestione delle temperature elevate. Infatti, il problema principale è quello di confinamento del plasma: non esistendo in natura “contenitori” che possano resistere a queste terribili condizioni di temperatura, si deve ricorrere ad un altro meccanismo, quello del confinamento magnetico.
Il confinamento magnetico prevede il confinamento delle particelle in traiettorie a spirale intorno alle linee di forza del campo, mantenendosi così lontano dalle pareti del recipiente, evitando di distruggerle.
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