In questo articolo Indice dei contenuti 2 sezioni
Raggiungere l’ignizione nella fusione nucleare potrebbe richiedere molta meno energia del previsto. Un gruppo di fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), struttura che fa capo al Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha individuato una strada potenzialmente più efficiente per arrivare a una reazione capace di autosostenersi. L’idea di fondo sembra quasi banale: invertire l’ordine delle operazioni, scaldando prima il plasma e solo dopo aumentandone la densità. Secondo i calcoli, questo cambio di sequenza potrebbe ridurre in modo drastico l’energia necessaria per accendere il “fuoco” della fusione. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters e la notizia è stata diffusa il 10 ottobre 2026.
Un criterio vecchio di settant’anni, rivisto da cima a fondo
Da oltre sette decenni chi lavora sulla fusione si affida a una regola matematica nota come criterio di Lawson. Stabilisce se un plasma resta abbastanza caldo e denso, per un tempo sufficiente, da mantenere la reazione senza bisogno di riscaldamento esterno aggiuntivo. Il criterio però dice quali condizioni servono e non spiega come raggiungerle nel modo più conveniente. Luis Delgado Aparicio, Masayuki Ono e Jonathan Menard ne hanno sviluppato una versione più completa, aggiungendo quattro fattori che incidono sulle prestazioni. Il plasma, spesso definito il quarto stato della materia, si forma quando un gas diventa così energetico che le sue particelle acquistano carica elettrica. Dentro i reattori questo materiale caldissimo contiene i nuclei atomici da fondere. L’obiettivo finale è ottenere un plasma “in combustione”, in cui il calore prodotto dalle reazioni basta da solo a tenere vivo il processo.
Delgado Aparicio usa un’immagine molto concreta. Il fabbisogno energetico per l’ignizione somiglia a un paesaggio dominato da una montagna altissima, con la meta dall’altra parte. Molte strategie cercano di scavalcarla frontalmente, aumentando prima la densità e poi fornendo un’enorme quantità di calore. “Tante aziende vogliono scalare la montagna di petto e spendono un’energia enorme per farlo” ha spiegato il fisico. “Meglio aggirare la vetta. Si arriva nello stesso punto in modo molto più intelligente e si consuma molta meno energia.”
Il passaggio chiave di questo paesaggio si chiama sella di Cordey. In geografia una sella è un valico basso tra due rilievi. Qui rappresenta un punto relativamente accessibile sul confine tra il plasma che ha ancora bisogno di calore esterno e quello in grado di autosostenersi. Per misurare i diversi percorsi i ricercatori usano il parametro Q, che confronta la potenza generata dalla fusione con quella fornita dal riscaldamento esterno. Un Q pari a 5 significa che le reazioni producono cinque volte la potenza immessa. In un plasma ideale, fatto solo di combustibile puro, la sella si trova proprio intorno a Q = 5. Nei sistemi reali impurità e campi magnetici molto intensi possono spostarla più in alto.
Tungsteno, cenere di elio e perdite di calore
Il valore aggiunto dello studio sta nel considerare insieme fenomeni che finora venivano analizzati separatamente. Il primo è l’accumulo di cenere di elio, sottoprodotto della fusione che diluisce il combustibile rimasto. Poi c’è la contaminazione da impurità leggere e pesanti provenienti dalle pareti interne del reattore. Si aggiungono la radiazione di sincrotrone, emessa dagli elettroni che si muovono nei campi magnetici, e le perdite di calore, che crescono al salire della temperatura. I risultati riguardano sia i tokamak, le macchine a forma di ciambella tra le tecnologie più promettenti, sia gli stellarator. “Se questi effetti vengono trascurati si conclude che il progetto funzionerà benissimo” ha osservato Ono. “Quando li si include il quadro cambia, e parecchio.” L’obiettivo è un modello affidabile per valutare i progetti prima della costruzione, perché gli esperimenti costano moltissimo e nessuno vuole errori che si potevano evitare.
Il dato più sorprendente riguarda il tungsteno, metallo resistentissimo al calore scelto per le pareti interne di oltre una dozzina di macchine di nuova generazione. Una concentrazione di appena una parte su 10.000 può quasi raddoppiare la pressione necessaria per l’ignizione. Estendendo l’analisi dalle due alle tre dimensioni, i ricercatori hanno visto che quella pressione potrebbe superare i limiti oltre i quali il plasma perde stabilità. Le perdite di energia, invece, giocano un ruolo inatteso. Rendono più difficile accendere la reazione ma contrastano il cosiddetto runaway termico, il circolo in cui più calore accelera le reazioni e genera altro calore. Questo bilanciamento potrebbe permettere a un plasma in combustione di restare stabile senza continui aggiustamenti. A differenza di una centrale a fissione, un sistema a fusione contiene solo pochi secondi di combustibile alla volta, quindi una perdita di controllo porta semplicemente al raffreddamento del plasma e allo spegnimento della reazione.
Fonte: TecnoAndroid
