È a fusione ?

I rapporti à a fine di l'annu passatu nantu à a custruzzione di un reattore per a sintesi da i specialisti chinesi parevanu sensazionali (1). I media statali di a Cina anu dichjaratu chì a facilità HL-2M, situata in un centru di ricerca in Chengdu, serà operativa in 2020. U tonu di i rapporti di i media hà indicatu chì u prublema di l'accessu à l'energia inesgotable di a fusione termonucleare hè stata risolta per sempre.

Un sguardu più vicinu à i dettagli aiuta à rinfriscà l'ottimisimu.

novu apparatus di tipu tokamak, cù un disignu più avanzatu chè quelli cunnisciuti finu à avà, duverebbe generà plasma cù temperature sopra à 200 milioni di gradi Celsius. Questu hè statu annunziatu in un comunicatu di stampa da u capu di l'Istitutu Suduvestu di Fisica di a Cumpagnia Nucleare Naziunale Chine Duan Xiuru. U dispusitivu furnisce un supportu tecnicu à i Cinesi chì travaglianu in u prugettu Reattore Sperimentale Termonucleare Internaziunale (ITER)cum'è a custruzzione.

Allora pensu chì ùn hè ancu una rivoluzione energetica, ancu s'ellu hè statu creatu da i Cinesi. reattore KhL-2M finu à avà hè pocu cunnisciutu. Ùn sapemu micca quale hè a pruduzzione termale prevista di stu reattore o quale livelli di energia sò necessarii per fà una reazione di fusione nucleare in questu. Ùn sapemu micca u più impurtante - hè u reattore di fusione cinese un disignu cù un equilibriu energeticu pusitivu, o hè solu un altru reattore di fusione sperimentale chì permette una reazzione di fusione, ma à u listessu tempu hè bisognu di più energia per "ignition" cà l'. energia chì pò esse ottenuta com'è u risultatu di reazzione.

Sforzu internaziunale

Cina, cù l'Unione Europea, i Stati Uniti, l'India, u Giappone, a Corea di u Sud è a Russia, sò membri di u prugramma ITER. Questu hè u più caru di i prughjetti di ricerca internaziunali attuali finanziati da i paesi sopra citati, chì custanu circa 20 miliardi $. Hè stata aperta in u risultatu di a cooperazione trà i guverni di Mikhail Gorbachev è Ronald Reagan durante l'era di a Guerra Fridda, è parechji anni dopu hè stata inclusa in un trattatu firmatu da tutti sti paesi in u 2006.

2. À u situ di custruzzione di u tokamak ITER

U prughjettu ITER in Cadarache in u sudu di a Francia (2) sviluppa u più grande tokamak di u mondu, vale à dì una camera di plasma chì deve esse ammansata cù un putente campu magneticu generatu da elettromagneti. Questa invenzione hè stata sviluppata da l'Unioni Suviètica in l'anni 50 è 60. Manager di prughjettu, Lavan Coblenza, hà annunziatu chì l'urganizazione deve riceve u "primu plasma" da dicembre 2025. ITER deve sustene una reazione termonucleare per circa 1 mila persone ogni volta. seconde, guadagnà forza 500-1100 MW. Per paragone, u più grande tokamak britannicu finu à a data, JET (toru europeu cumuni), conserva una reazione per parechji decine di seconde è guadagna forza finu à 16 MW. L'energia in stu reattore serà liberata in forma di calore - ùn deve esse cunvertisce in electricità. A consegna di a putenza di fusione à a reta hè fora di quistione postu chì u prugettu hè solu per scopi di ricerca. Hè solu nantu à a basa di ITER chì a futura generazione di reattori termonucleari serà custruita, ghjunghjendu à u putere. 3-4 mila. MW.

U mutivu principalu perchè e centrali di fusione nurmali ùn esistenu ancu (malgradu più di sessant'anni di ricerca estensiva è custusa) hè a difficultà di cuntrullà è "gestione" u cumpurtamentu di u plasma. In ogni casu, anni di spirimintariu anu datu parechje scuperte preziose, è oghje l'energia di fusione pare più vicinu chè mai.

Aghjunghjite l'helium-3, stir and heat

ITER hè u focu principalu di a ricerca di fusione glubale, ma parechji centri di ricerca, cumpagnie è laboratorii militari sò ancu travagliendu in altri prughjetti di fusione chì si alluntananu da l'approcciu classicu.

Per esempiu, realizatu in l'ultimi anni da u Massachusetts Institute of Technology esperimenti cun Helm-3 nantu à u tokamak hà datu risultati eccitanti, cumprese aumentu di decu volte in energia ioni di plasma. I scientisti chì anu realizatu esperimenti nantu à u tokamak C-Mod à l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts, inseme cù specialisti di u Belgio è u Regnu Unitu, anu sviluppatu un novu tipu di carburante termonucleare chì cuntene trè tippi di ioni. squadra Alcator C-Mod (3) hà realizatu un studiu in settembre di u 2016, ma i dati di sti esperimenti sò stati analizati solu pocu tempu, chì palesanu un grande aumentu di l'energia di plasma. I risultati eranu cusì incoraggianti chì i scientisti chì dirigenu u più grande laboratoriu di fusione operativa di u mondu, JET in u Regnu Unitu, anu decisu di ripetiri l'esperimenti. U listessu aumentu di l'energia hè stata ottenuta. I risultati di u studiu sò publicati in a rivista Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod in opera

A chjave per aumentà l'efficienza di u carburante nucleare era l'aghjunzione di tracce di l'heliu-3, un isotopo stabile di l'heliu, cù un neutronu invece di dui. U carburante nucleare utilizatu in u metudu Alcator C prima cuntene solu dui tipi di ioni, deuteriu è idrogenu. Deuteriu, un isotopo stabile di l'idrogenu cù un neutronu in u so nucleu (in uppusizione à l'idrogenu senza neutroni), custituisce circa 95% di u carburante. Scentifichi à u Plasma Research Center è u Massachusetts Institute of Technology (PSFC) usatu un prucessu chjamatu Riscaldamentu RF. L'antenni accantu à u tokamak utilizanu una freccia radio specifica per eccità e particelle, è l'onda sò calibrate per "destinatari" l'ioni di l'idrogenu. Perchè l'idrogenu custituisce una frazione chjuca di a densità tutale di u carburante, cuncentrazione solu una piccula frazzioni di l'ioni nantu à u riscaldamentu permette di ghjunghje livelli d'energia estremi. In più, l'ioni di l'idrogenu stimulati passanu à l'ioni di deuteriu prevalenti in a mistura, è i particeddi furmati in questu modu entranu in a cunchiglia esterna di u reattore, liberendu u calore.

L'efficienza di stu prucessu aumenta quandu l'helium-3 ioni sò aghjuntu à a mistura in una quantità di menu di 1%. Cuncentrazione di tuttu u riscaldamentu radiu nantu à una piccula quantità d'helium-3, i scientisti anu elevatu l'energia di l'ioni à megaelectronvolts (MeV).

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Ci hè statu parechji sviluppi in u mondu di u travagliu di fusione cuntrullata annantu à l'ultimi anni chì anu rinfriscatu a speranza di i scientisti è tutti noi per ghjunghje fin'à u "Santu Graal" di l'energia.

I boni signali includenu, frà altri, scuperte da u Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (DOE). L'onde di radiu sò state aduprate cun grande successu per riduce significativamente i cosiddetti perturbazioni di plasma, chì ponu esse cruciali in u prucessu di "vestimentu" di reazzioni termonucleari. A listessa squadra di ricerca in marzu 2019 hà riportatu un esperimentu di tokamak di litiu in u quale i muri interni di u reattore di prova sò stati rivestiti di litiu, un materiale ben cunnisciutu da e batterie aduprate in l'elettronica. I scientisti anu nutatu chì u revestimentu di lithium nantu à i mura di u reattore assorbe particeddi di plasma spargugliati, impediscendu di esse riflessi in u nuvulu di plasma è interferiscenu cù e reazzioni termonucleari.

4. Prughjettu di visualizazione TAE Technologies

I studiosi di e grandi istituzioni scientifiche reputate sò ancu diventati ottimisti prudenti in i so pronunciamenti. Ricertamenti, ci hè statu ancu un grande aumentu di l'interessu per e tecniche di fusione cuntrullata in u settore privatu. In u 2018, Lockheed Martin hà annunziatu un pianu di sviluppà un prototipu di reattore di fusione compacta (CFR) in a prossima dicada. Se a tecnulugia chì a cumpagnia travaglia nantu à i travaglii, un dispositivu di dimensioni di camion hà da pudè furnisce l'electricità abbastanza per risponde à i bisogni di un dispositivu di 100 XNUMX metri quatratu. abitanti di a cità.

Altre imprese è centri di ricerca sò in competizione per vede quale pò custruisce u primu reactore di fusione vera, cumpresu TAE Technologies è l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts. Ancu Jeff Bezos d'Amazon è Bill Gates di Microsoft sò stati recentemente implicati in prughjetti di fusione. NBC News hà cuntatu recentemente diciassette piccule cumpagnie di fusione solu in i Stati Uniti. Startups cum'è General Fusion o Commonwealth Fusion Systems si focalizanu in reattori più chjuchi basati in superconduttori innovatori.

U cuncettu di "fusione fridda" è l'alternattivi à i grandi reattori, micca solu i tokamaks, ma ancu i chjamati. stellari, cù un disignu pocu sfarente, custruitu ancu in Germania. A ricerca di un approcciu diversu cuntinueghja ancu. Un esempiu di questu hè un dispusitivu chjamatu Z-pizzicu, custruitu da i scientisti di l'Università di Washington è descritti in unu di l'ultimi numeri di a rivista Physics World. U Z-pinch travaglia intrappulà è cumpressendu u plasma in un campu magneticu putente. In l'esperimentu, era pussibule stabilizzà u plasma per 16 microsecondi, è a reazzione di fusione hà cuntinuatu per circa un terzu di questu tempu. A dimustrazione duvia dimustrà chì a sintesi di piccula scala hè pussibile, ancu s'è parechji scientisti anu sempre seri dubbii annantu à questu.

À u turnu, grazia à u sustegnu di Google è altri investitori di tecnulugia avanzata, a cumpagnia di California TAE Technologies usa un altru, chì tipicu per l'esperimenti di fusione, mistu di carburante di boru, chì sò stati utilizati per sviluppà reattori più chjuchi è più prezzu, inizialmente per u scopu di u chjamatu mutore di fucile di fusione. Un prototipu di reattore di fusione cilindrica (4) cù contraraghji (CBFR), chì riscalda u gasu di l'idrogenu per furmà dui anelli di plasma. Cumbinanu cù fasci di particeddi inerte è sò mantinuti in un tali statu, chì deve aumentà l'energia è a durabilità di u plasma.

Un altru startup di fusione General Fusion da a pruvincia canadiana di a Columbia Britannica gode di u sustegnu di Jeff Bezos stessu. Simply put, u so cuncettu hè di inject plasma calda in una bola di metallu liquidu (una mistura di lithium è piombo) in una bola d'acciaio, dopu chì u plasma hè cumpressu da pistoni, simili à un mutore diesel. A pressione creata duveria guidà à a fusione, chì liberarà una quantità enorme di energia per alimentà e turbine di un novu tipu di centrale elettrica. Mike Delage, capu di tecnulugia di General Fusion, dice chì a fusione nucleare cummerciale puderia debutà in deci anni.

5. Illustrazione da una patente termonucleare di a Marina di i Stati Uniti.

Ricertamenti, a Marina di i Stati Uniti hà ancu presentatu una patente per un "dispositiu di fusione di plasma". A patente parla di campi magnetichi per creà "vibrazioni accelerate" (5). L'idea hè di custruisce reattori di fusione abbastanza chjuchi per esse portable. Inutili, sta dumanda di patente hè stata accolta cun scetticismu.