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Fusione a confinamento magnetico, la tecnologia che funziona come il Sole

Si tratta di un metodo completamente differente dalla fissione nucleare che impiega campi magnetici potentissimi per gestire il plasma in cui avviene la fusione

di Elena Comelli

Bobina di nastro superconduttore ad alta temperatura utilizzato nella nuova classe di magneti per la fusione (Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021)

3' di lettura

Piccolo è bello. Se ne sono accorti tutti, dal ministro Roberto Cingolani, fan dei mini-reattori a fissione eredi dei sistemi a propulsione nucleare dei sottomarini russi, fino a Bill Gates e Jeff Bezos, che investono insieme all’Eni nella fusione in formato tascabile.

I vantaggi delle versioni mini, rispetto ai mega-progetti internazionali come Iter o come il francese Epr, sono evidenti: si tratta di macchine più semplici, meno complesse da raffreddare, meno invadenti sul territorio.

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Da qui l’ondata di startup che esplorano strade alternative per una tecnologia, quella della fusione, a cui “mancano sempre vent’anni dalla metà del secolo scorso”, come recita la battuta più corrente tra i fisici sull’energia delle stelle.

I progressi ci sono, nascono forme nuove e più agili - anche grazie alle tecnologie di stampa in 3D e di intelligenza artificiale, che consentono di creare e testare rapidamente nuove versioni - ma i tempi restano lunghi: un decennio se tutto va bene.

Contrariamente alla fissione, la fusione sprigiona energia unendo gli atomi, senza scorie e senza le radiazioni pericolose della fissione. Così funziona il sole, che è composto principalmente da idrogeno. La forza di gravità schiacciante al centro della grande stella fonde gli atomi in quello che è noto come plasma, un gas caricato elettricamente in cui le particelle subatomiche possono muoversi liberamente.

Senza l’estrema gravità del nucleo solare, la creazione del plasma sulla Terra richiede temperature molto più elevate del sole, fino a 150 milioni di gradi. Il calore viene generato attraverso potenti magneti, sparando particelle ad alta energia nel reattore e fulminandole con onde ad alta frequenza.

Gli atomi di due isotopi di idrogeno vengono così schiacciati insieme per superare la forza che normalmente porta i nuclei atomici a respingersi. Quando i loro nuclei collidono, fondendosi per formare l’elio, i neutroni rilasciati nel processo vengono convertiti in energia. Il problema è che finora i reattori a fusione consumano più energia di quanta ne producano.

Il magnete utilizzato per il progetto SPARC, che ha raggiunto 270 membri (Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021)

Il progetto Sparc, guidato da Commonwealth Fusion Systems (Cfs), è uno dei più promettenti nella corsa per superare questo problema. Fondata nel 2018 come spinoff dell’Mit di Boston da Brandon Sorbom e altri colleghi del Plasma Science and Fusion Center, Cfs è cresciuta rapidamente fino a un centinaio di dipendenti, grazie ai finanziamenti di Bill Gates, Jeff Bezos e di altri investitori, tra cui Eni, dai quali ha raccolto finora 200 milioni di dollari.

L’obiettivo è costruire un reattore Arc (affordable, robust, compact) in grado di produrre tre volte l’elettricità necessaria per alimentarlo, grazie alla potenza del confinamento magnetico. La ricerca di Sorbom e colleghi è focalizzata sui magneti di contenimento del plasma, per aumentare l’efficienza con cui si riscalda e generare più energia netta.

Superato brillantemente il test dei suoi super-magneti, la prossima tappa per Cfs è lo sviluppo entro il 2025 di Sparc, una macchina che dimostrerebbe l’efficacia della fusione “compatta”, per arrivare a un reattore commerciale alla fine del decennio.

Un team di scienziati e ingegneri di CFS e MIT eseguono test sul magnete (Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021)

In Europa, intanto, First Light Fusion, spinoff dell’università di Oxford, punta tutto sulle pressioni estreme della fusione a confinamento inerziale. Con macchine che si sviluppano in lunghezza, l’ultima delle quali è già in costruzione da un anno, First Light mira a raggiungere le condizioni estreme necessarie per avviare la fusione sparando simultaneamente un gran numero di piccoli proiettili di rame a velocità ipersonica in una minuscola capsula contenente deuterio e trizio.

Già ora il suo terzo prototipo è in grado di scaricare fino a 200.000 volt e oltre 14 milioni di ampere entro due microsecondi. “Mentre la fusione magnetica è come una fornace sempre accesa, la nostra fusione a proiettile è un processo pulsato che trasferisce l’energia da ogni colpo nel liquido di raffreddamento al litio”, spiega il fondatore Nick Hawker.

Fondata nel 2011, First Light punta a raggiungere entro il 2024 lo stadio in cui la sua macchina produrrà più energia di quanta ne consumi, ma nel frattempo sta già lavorando alla progettazione di un reattore commerciale, con l’obiettivo di vendere energia entro i primi anni Trenta.

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