Cosa The Dark Knight Rises, Ritorno al futuro, Oblivion, e Interstellar hanno in comune ?
Sono megahit di fantascienza che mettono in mostra una tecnologia che gli scienziati considerano il Santo Graal dell'Energia: fusione nucleare .
Dagli anni '50, gli spettatori, gli scienziati e gli appassionati di energia pulita di tutto il mondo sono ossessionati dalle vaste possibilità di sfruttare la fornitura quasi inesauribile di energia bloccata all'interno degli atomi creando i nostri soli in miniatura. Sfortunatamente, la pratica tecnologia della fusione nucleare è rimasta proprio questo: un sogno e un miraggio lontano.
Cioè, fino ad ora.
Dopo 35 anni di scrupolosa preparazione e innumerevoli ritardi, gli scienziati hanno finalmente iniziato a dare il via alla fase di assemblaggio quinquennale del massiccio reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER), il più grande reattore a fusione del mondo, a Saint-Paul-les-Durance, Francia.
Finanziato da sei nazioni, tra cui Stati Uniti, Russia, Cina, India, Giappone e Corea del Sud, ITER sarà il più grande dispositivo di fusione tokamak del mondo con un costo stimato di ~ $ 24 miliardi e in grado di generare circa 500 MW di energia di fusione termica come già nel 2025.
Pratico potere di fusione
Inizialmente, gli Stati Uniti e l'ex Unione Sovietica furono i primi paesi a condurre ricerche sulla fusione grazie al suo potenziale per lo sviluppo di armi atomiche. Di conseguenza, la tecnologia della fusione rimase classificata fino alla conferenza Atoms for Peace del 1958 a Ginevra. La ricerca sulla fusione divenne 'Big Science' negli anni '70 grazie a una svolta nel tokamak sovietico.Tuttavia, divenne presto chiaro che la pratica fusione nucleare avrebbe fatto i progressi desiderati solo attraverso la cooperazione internazionale a causa dei costi elevati e della complessità dei dispositivi coinvolti.
Fondamentalmente la fusione nucleare comporta la distruzione di atomi di idrogeno abbastanza duri da formare elio e rilasciare energia nell'equivalenza di massa-energia E = MC2. La fusione è il processo attraverso il quale tutte le stelle, dalle nane rosse attraverso il Sole ai più grandi supergiganti, generano enormi quantità di energia nei loro nuclei aumentando a temperature di 4.000.000 K o superiori.
La fusione nucleare genera quattro volte più energia dalla stessa massa di combustibile della fissione nucleare, una tecnologia che prevede la divisione di atomi che è attualmente impiegata nei reattori nucleari del mondo. Le massicce forze gravitazionali nel Sole e nelle stelle creano le giuste condizioni affinché la fusione possa procedere a temperature considerevolmente più basse; tuttavia, la massa molto più piccola della terra (1/3000.000 della massa del Sole) e la gravità minore significano che sono necessarie temperature molto più elevate nell'ordine di centinaia di milioni di Kelvin per avviare il processo di fusione nucleare e sostenerlo.
Sfortunatamente, ogni esperimento di fusione finora è stato energetico negativo, assorbendo più energia di quanto generi.ITER è una centrale nucleare progettata per dimostrare che l'energia di fusione priva di carbonio e positiva all'energia può diventare una realtà commerciale. ITER prevede di utilizzare i reattori tokamak per limitare magneticamente un plasma di deuterio-trizio.
La grande sfida fondamentale qui è per ITER raggiungere una velocità di calore emessa da un plasma a fusione superiore alla velocità di energia iniettata nel plasma. È naturale chiedersi cosa sia così diverso questa volta che rende i ricercatori sicuri che ITER non sarà solo un altro esperimento costoso che finirà nel mucchio della spazzatura della fusione nucleare.
In un precedente articolo , abbiamo riferito che gli scienziati di ITER hanno sviluppato con successo un nuovo materiale superconduttore, essenzialmente un nastro di acciaio rivestito con ossido di ittrio-bario-rame o YBCO, che consente loro di costruire magneti più piccoli e più potenti. Ciò riduce l'energia richiesta per ottenere la reazione di fusione da terra.
Secondo Fusion for Energy - l'impresa comune dell'UE per ITER - 18 magneti superconduttori in stagno di niobio, ovvero bobine a campo toroidale, saranno utilizzati per contenere il plasma da 150 milioni di gradi Celsius. I potenti magneti genereranno un potente campo magnetico pari a 11,8 Tesla, o un milione di volte più forte del campo magnetico terrestre. Quasi 3.000 tonnellate di questi magneti superconduttori saranno collegate da 200 km di cavi superconduttori e mantenute a -269 ° C dal più grande criostato al mondo prodotto in India.
L'Europa produrrà dieci bobine toroidali di campo mentre il Giappone ne produrrà nove. Il tokamak da 23.000 tonnellate è progettato per produrre 500 MW di potenza di fusione da 50 MW di potenza di riscaldamento in ingresso, rendendolo quindi positivo dal punto di vista energetico.
Più pulito della fissione?
I 440 reattori nucleari a fissione mondiale generano circa il 10% del fabbisogno globale di elettricità. Una quantità simile di reattori a fusione potrebbe teoricamente sostituire tutte le centrali elettriche a carbone, che attualmente forniscono quasi il 40% dell'elettricità mondiale.
Ma a parte le loro assurde capacità energetiche, i reattori a fusione sono stati pubblicizzati come una fonte di energia perfetta poiché non possono sciogliersi e produrre molto meno rifiuti radioattivi a differenza dei reattori a fissione, che in passato si sono dimostrati catastrofici da reazioni a catena incontrollate.
Ma ecco l'ironia di tutto ciò: i reattori nucleari a fissione rimangono l'unica fonte affidabile di trizio per l'uso nei reattori a fusione.
La reazione di deuterio-trizio è favorita dagli sviluppatori della fusione rispetto al deuterio-deuterio principalmente perché la sua reattività è 20 volte superiore a una reazione alimentata da deuterio-deuterio e richiede una temperatura solo un terzo della temperatura richiesta dalla fusione di solo deuterio. A differenza del deuterio, che è prontamente disponibile nell'acqua ordinaria, il trizio è di natura rara, principalmente perché questo isotopo di idrogeno ha un'emivita di soli 12,3 anni.
In caso di successo, ITER diventerà la prima fonte di energia elettrica al mondo che non sfrutta un combustibile naturale.
Sarà interessante vedere se ITER e le successive centrali a fusione produrranno la stessa ignominia che l'energia nucleare convenzionale ha faticato a scrollarsi di dosso.
Nessun commento:
Posta un commento