Il più grande reattore a fusione del mondo è finalmente completato, ma...

Mike Shedlock tramite MishTalk.com,

Gli scienziati hanno fatto delle cose incredibili, ma non tutte hanno un'applicazione pratica, almeno per ora. La fusione è un ottimo esempio.

Live Science riporta che il più grande reattore a fusione nucleare del mondo è stato finalmente completato 

Il reattore a fusione dell'International Fusion Energy Project (ITER), costituito da 19 enormi bobine avvolte in più magneti toroidali, era originariamente programmato per iniziare il suo primo test completo nel 2020. Ora gli scienziati affermano che entrerà in funzione al più presto nel 2039.

ITER contiene il magnete più potente del mondo, capace di generare un campo magnetico 280.000 volte più forte di quello che scherma la Terra.

L'impressionante design del reattore ha un prezzo altrettanto elevato. Originariamente programmato per un costo di circa 5 miliardi di $ e per l'accensione nel 2020, ha subito diversi ritardi e il suo budget è aumentato di oltre 22 miliardi di $, con altri 5 miliardi di $ proposti per coprire costi aggiuntivi. Queste spese e ritardi imprevisti sono alla base del ritardo più recente, di 15 anni.

Gli scienziati cercano di sfruttare la potenza della fusione nucleare, il processo tramite cui le stelle bruciano, da oltre 70 anni. Fondendo atomi di idrogeno per creare elio a pressioni e temperature estremamente elevate, le stelle di sequenza principale convertono la materia in luce e calore, generando enormi quantità di energia senza produrre gas serra o scorie radioattive di lunga durata.

Ma replicare le condizioni che si trovano all'interno del cuore delle stelle non è un compito semplice. Il design più comune per i reattori a fusione, il tokamak, funziona surriscaldando il plasma (uno dei quattro stati della materia, costituito da ioni positivi ed elettroni liberi caricati negativamente) prima di intrappolarlo all'interno di una camera del reattore a forma di ciambella con potenti campi magnetici.

Impressionante ma…

Supponendo che il reattore originariamente programmato per il 2020 sia finalmente operativo entro il 2039, rimarrò impressionato.

Cavolo, sono impressionato da ciò che abbiamo già raggiunto scientificamente. Ma mi chiedo quale sia l'applicazione pratica di tutto ciò.

Mantenere le bobine di plasma turbolente e surriscaldate in posizione abbastanza a lungo da consentire la fusione nucleare, tuttavia, è stato impegnativo. Lo scienziato sovietico Natan Yavlinsky progettò il primo tokamak nel 1958, ma da allora nessuno è riuscito a creare un reattore in grado di produrre più energia di quanta ne assorba .

Uno dei principali ostacoli è la gestione di un plasma che sia abbastanza caldo da fondersi. I reattori a fusione richiedono temperature molto elevate (molte volte più calde del sole) perché devono funzionare a pressioni molto più basse di quelle che si trovano all'interno dei nuclei delle stelle.

Il nucleo del sole vero e proprio, ad esempio, raggiunge temperature di circa 27 milioni di gradi Fahrenheit (15 milioni di gradi Celsius), ma ha pressioni pari a circa 340 miliardi di volte la pressione dell'aria al livello del mare sulla Terra.

Cuocere il plasma a queste temperature è la parte relativamente facile, ma trovare un modo per confinarlo in modo che non bruci attraverso il reattore o faccia deragliare la reazione di fusione è tecnicamente complicato. Questo di solito si fa con laser o campi magnetici .

Domande e risposte sulle temperature

Come un reattore possa raggiungere temperature di 27 milioni di gradi senza che si verifichi la fusione è probabilmente un enigma per chiunque abbia una mente lucida.

L'articolo fornisce una risposta. Ma qual è il costo e per quanto tempo la reazione può essere sostenuta senza una fusione? Ci sono altri problemi?

Per queste domande, rimandiamo a un articolo del 2022, sempre di Live Science.

Un passo più vicino a una nuova fonte di energia

Si prega di considerare Un passo più vicino a una nuova fonte di energia

Nei nuovi esperimenti, il Joint European Torus (JET) di Culham, vicino a Oxford, in Inghilterra, ha prodotto plasmi incandescenti che hanno rilasciato la quantità record di 59 megajoule di energia, più o meno la stessa quantità di energia sprigionata dall'esplosione di 31 libbre (14 chilogrammi) di TNT.

La fusione nucleare, la stessa reazione che avviene nel cuore delle stelle, fonde i nuclei atomici per formare nuclei più pesanti. I fisici nucleari hanno a lungo cercato di produrre la fusione nucleare nei reattori sulla Terra perché genera molta più energia rispetto alla combustione di combustibili fossili. Ad esempio, una quantità di atomi di idrogeno delle dimensioni di un ananas offre la stessa energia di 10.000 tonnellate (9.000 tonnellate metriche) di carbone, secondo una dichiarazione del progetto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) .

"Ci sono voluti anni per preparare questi esperimenti. E alla fine siamo riusciti a confermare le nostre previsioni e i nostri modelli", ha detto a Live Science Athina Kappatou, fisica presso il Max Planck Institute of Plasma Physics di Garching, vicino a Monaco di Baviera, in Germania. "Sono buone notizie sulla strada per ITER".

JET, che ha iniziato a funzionare nel 1983, ora utilizza gli isotopi di idrogeno deuterio e trizio come combustibile. Mentre un normale atomo di idrogeno non ha neutroni nel suo nucleo, un atomo di deuterio ne ha uno e un atomo di trizio ne ha due. Attualmente, è l'unica centrale elettrica al mondo in grado di funzionare con combustibile deuterio-trizio, sebbene anche ITER lo utilizzerà quando entrerà in funzione.

Tuttavia, la fusione deuterio-trizio pone una serie di sfide. Ad esempio, la fusione deuterio-trizio può generare quantità pericolose di neutroni ad alta energia, ciascuno dei quali si muove a circa 116 milioni di mph (187 milioni di km/h), ovvero il 17,3% della velocità della luce, così velocemente che potrebbero raggiungere la luna in meno di 8 secondi. Pertanto, in questi esperimenti è necessaria una schermatura speciale .

Per i nuovi esperimenti, il precedente rivestimento in carbonio nel reattore JET è stato sostituito tra il 2009 e il 2011 con una miscela di berillio e tungsteno, che sarà installata anche in ITER. Questa nuova parete metallica è più resistente alle sollecitazioni della fusione nucleare rispetto al carbonio e si aggrappa anche a meno idrogeno rispetto al carbonio, ha spiegato Kappatou, che ha preparato, coordinato e guidato parti fondamentali dei recenti esperimenti al JET.

Un'altra sfida con gli esperimenti di fusione deuterio-trizio è il fatto che il trizio è radioattivo, e quindi richiede una gestione speciale. Tuttavia, JET era in grado di gestire il trizio già nel 1997, ha osservato Kappatou.

Inoltre, mentre il deuterio è abbondantemente disponibile nell'acqua di mare, il trizio è estremamente raro. Per ora, il trizio viene prodotto nei reattori a fissione nucleare, sebbene le future centrali a fusione saranno in grado di emettere neutroni per generare il proprio combustibile al trizio.

A gennaio, gli scienziati del National Ignition Facility in California hanno rivelato che il loro esperimento di fusione nucleare alimentato da laser ha generato 1,3 megajoule di energia per 100 trilionesimi di secondo , segno che la reazione di fusione ha generato più energia dall'attività nucleare di quanta ne sia entrata dall'esterno.

Gli elettromagneti in rame utilizzati da JET potevano funzionare solo per circa 5 secondi a causa del calore degli esperimenti. "JET semplicemente non è stato progettato per fornire di più", ha affermato Kappatou. Al contrario, ITER utilizzerà magneti superconduttori raffreddati criogenicamente che sono progettati per funzionare indefinitamente, hanno osservato i ricercatori.

Le domande generano domande

Sono risultati sorprendenti. Ma dobbiamo fare molto meglio che sostenere una reazione per un tempo record di 100 trilionesimi di secondo.

In questa storia manca qualcosa: perché ci vogliono almeno 15 anni per testare qualcosa che è già stato costruito?

Inoltre, il processo proposto assomiglia molto a una macchina a moto perpetuo.

Il reattore utilizzerà la fusione per produrre il deuterio-trizio di cui ha bisogno per produrre la fusione e anche l'energia per raffreddare criogenicamente i magneti di cui il sistema ha bisogno per proteggersi da se stesso, altrimenti il ​​tutto si fonderebbe a 27 milioni di gradi Fahrenheit.

Se questa non è la proposta di base, allora qualcuno mi spieghi la proposta. Se questa è la proposta, emergono altre domande.

Supponendo che la teoria funzioni alla perfezione, per quanto tempo può essere sostenuto il processo? Quanta energia prodotta è necessaria per proteggere il sistema dal calore prodotto?

I test dell'ITER erano previsti per il 2020, ma sono stati riprogrammati per il 2039 senza spiegarne il motivo.

Tuttavia, sono lieto di riferire che abbiamo fatto progressi sulle date obiettivo. Con ciò intendo dire che obiettivi che sembravano sempre a pochi anni di distanza ora sono più ragionevoli e lontani almeno 15 anni, e questo solo per un test.

La fusione non salverà il pianeta tanto presto, se mai lo farà.

Una confutazione

Una persona ha commentato che non capisco come funziona la scienza. Falso. So benissimo come funziona la scienza.

Mi aspetto idee utili da tutto questo, indipendentemente dal fatto che risolva o meno la nostra presunta minaccia esistenziale?

Sì, lo faccio. Ma questo ha poco a che fare con il punto che stavo sollevando.

Ci troviamo di fronte a un test nel 2039 e a una presunta minaccia esistenziale in corso, che presumibilmente sarà troppo tardi per risolvere entro il 2050.

Oggi abbiamo informazioni pratiche e credibili che la fusione non sarà il Santo Graal che molti speravano. Questo fatto non implica che io pensi che non ne uscirà nulla di utile.

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Ritengo che sia meglio seguire questa linea di pensiero piuttosto che concentrarci sul mitico unobtanium.