L’energia da fusione è il Santo Graal della produzione di energia pulita e sostenibile. Imita il processo che alimenta il sole e altre stelle, dove gli atomi di idrogeno si fondono insieme per rilasciare enormi quantità di energia. Tuttavia, raggiungere la fusione sulla Terra richiede temperature e pressioni estremamente elevate, che sono difficili da creare e controllare.
È noto che uno dei dispositivi che possono potenzialmente produrre energia da fusione è chiamato Tokamak, è un reattore nucleare a fusione di forma toroidale (a ciambella) in cui un plasma (solitamente di idrogeno) ad altissima temperatura e a bassa pressione viene mantenuto coeso e lontano dalle pareti interne grazie a un campo magnetico generato da elettromagneti esterni alla camera. Riscaldando e comprimendo il plasma, i nuclei di idrogeno possono superare la loro repulsione naturale e fondersi insieme, rilasciando energia e neutroni.
La maggior parte dei tokamak da utilizzare sono grandi e costosi e non hanno ancora raggiunto il punto in cui possono produrre più energia di quanta consumino. È questo il motivo per cui è così notevole un recente esperimento di un team di ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), Oak Ridge National Laboratory (ORNL), e Tokamak Energy Ltd.
Il team di ricercatori ha dimostrato che un tokamak piccolo e compatto, chiamato ST40 (è un tokamak sferico compatto ad alto campo sviluppato da Tokamak Energy, una società privata con sede nel Regno Unito), può raggiungere temperature del plasma di oltre 100 milioni di gradi Celsius, che è più caldo del nucleo del sole.
ST40 è un tokamak sferico, significa che ha una forma più arrotondata rispetto ai tokamak convenzionali. Ciò gli consente di operare a campi magnetici e pressioni plasmatiche più elevate, che sono essenziali per la fusione.
I ricercatori per raggiungere queste alte temperature, hanno utilizzato un metodo simile ai “supershots” del passato. I supershots sono stati una serie di esperimenti condotti nel 1990 dal tokamak TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) negli Stati Uniti, questi esperimenti hanno prodotto più di 10 milioni di watt di potenza di fusione durante brevi impulsi di plasma super-riscaldato.
Lo scopo dei supershots era di studiare le proprietà del plasma in condizioni vicine a quelle necessarie per la fusione nucleare controllata, una fonte di energia pulita e illimitata.
Il team di ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), Oak Ridge National Laboratory (ORNL), e Tokamak Energy Ltd per produrre energia da fusione, nell’esperimento pubblicato nella rivista Nuclear Fusion, hanno usato il tokamak ST40, un piccolo dispositivo con un diametro di 40 cm e una potenza di 0,5 megawatt. Il team di ricercatori ha iniettato 1,8 milioni di watt di particelle neutre ad alta energia nel plasma ST40, raggiungendo una temperatura di oltre 15 milioni di gradi Celsius e una densità di circa 10^20 particelle per metro cubo, questi valori sono vicini a quelli necessari per ottenere la fusione nucleare.
Il risultato è stato un plasma che ha raggiunto temperature di ioni superiori a 100 milioni di gradi Celsius per circa 150 millisecondi, che è abbastanza lungo da misurare e analizzare.
Il team di ricercatori per la conferma ha utilizzato il codice di trasporto TRANSP è uno strumento di simulazione numerica che viene utilizzato per studiare il comportamento dei plasmi confinati magneticamente in dispositivi di fusione nucleare. Il codice è stato sviluppato presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) negli Stati Uniti e ha una lunga storia di applicazioni in diversi esperimenti di fusione in tutto il mondo, uno degli obiettivi principali del codice TRANSP è di determinare la temperatura degli ioni della principale specie di deuterio, che sono gli atomi di idrogeno con un neutrone in più nel nucleo.
La temperatura degli ioni è un parametro fondamentale per valutare le prestazioni e l’efficienza di un reattore a fusione, in quanto influisce sulle reazioni nucleari che producono energia.
Il dato di fusione di 8,6 keV (100 milioni di gradi Celsius), corrisponde alla temperatura media degli ioni nel plasma, che è una delle condizioni necessarie per innescare la reazione di fusione tra i nuclei di idrogeno.
