Hardware Ready Ready to Bench?
Fusione nucleare, un nuovo. I fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), laboratorio dipendente dal Dipartimento dell’Energia statunitense, hanno individuato una possibile via teorica per diminuire l’energia richiesta per innescare la fusione nucleare: riscaldare il combustibile prima di aumentarne la densità.
La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, suggerisce di modificare la sequenza con cui si raggiungono le condizioni necessarie affinché le reazioni producano calore sufficiente ad auto-sostenersi senza riscaldamento esterno. Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono e Jonathan Menard hanno sviluppato una versione più completa del criterio di Lawson, la relazione utilizzata da oltre settant’anni per valutare le condizioni necessarie alla fusione autosostenuta.
Fusione nucleare, un nuovo: perché è importante
Il criterio mette in relazione temperatura, densità e tempo di confinamento dell’energia, ma non specifica quale percorso richieda meno energia per raggiungere l’accensione. Il combustibile si presenta nello stato di plasma, un gas ionizzato contenente particelle elettricamente cariche. Secondo i calcoli dei ricercatori, aumentare prima la densità e poi fornire il calore necessario può comportare un elevato fabbisogno energetico.
Invertire l’ordine, riscaldando inizialmente il plasma e rendendolo successivamente più denso, permetterebbe invece di raggiungere le condizioni desiderate seguendo una strada meno dispendiosa. L’energia necessaria per avviare la fusione potrebbe quindi dipendere dall’ordine in cui il plasma viene riscaldato e compresso.
Nel modello emerge un elemento chiamato sella di Cordey, situato lungo il confine tra le condizioni che richiedono ancora riscaldamento esterno e quelle compatibili con reazioni autosostenute. Delgado-Aparicio descrive la situazione paragonandola a un paesaggio montuoso: invece di affrontare la vetta più alta, il percorso proposto sfrutta un valico più basso per raggiungere lo stesso obiettivo.
Per confrontare i diversi approcci, il gruppo utilizza il fattore Q, ovvero il rapporto tra la potenza prodotta dalle reazioni di fusione e quella fornita al plasma tramite riscaldamento esterno. Un valore di Q = 5 indica che la prima è cinque volte superiore alla seconda. Nel caso idealizzato di combustibile puro, la sella di Cordey si trova approssimativamente a questo valore; impurità e campi magnetici intensi possono spostarla verso valori di Q più elevati.
Cosa cambia e quali sono gli effetti
La nuova formulazione incorpora quattro fattori aggiuntivi che influenzano le prestazioni e considera congiuntamente processi fisici spesso analizzati separatamente. L’obiettivo è rendere più affidabile la valutazione dei progetti di reattori a confinamento magnetico prima della loro costruzione: secondo Ono, includere questi effetti può modificare il giudizio sulle condizioni necessarie all’accensione.
Il risultato deriva da calcoli teorici e non da una nuova accensione sperimentale. Le indicazioni sono valide sia per i tokamak che per gli stellarator, le due famiglie di dispositivi che utilizzano potenti campi magnetici per confinare il combustibile caldo. Il PPPL inserisce questo lavoro nel proprio programma di ricerca sulle future centrali pilota a fusione: il modello offre ai progettisti uno strumento per confrontare le strategie di riscaldamento e compressione e individuare requisiti energetici potenzialmente onerosi prima della realizzazione degli impianti.
Fonte e approfondimento su fusione nucleare, un nuovo: articolo originale.
* Contenuto realizzato con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale.