Fusione nucleare, lo stellarator tedesco tocca temperature doppie rispetto al nucleo del Sole

I ricercatori del Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP), insieme a quelli del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia statunitense, hanno dimostrato che lo stellerator Wendelstein 7-X (W7-X) situato a Greifswald, Germania, è in grado di confinare con successo un calore che raggiunge temperature due volte più alte di quelle registrate nel nucleo del Sole.  

Si tratta di un enorme passo avanti verso la realizzazione di un reattore a fusione nucleare che potrebbe fornire una grande quantità di energia virtualmente inesauribile, pulita e priva di carbonio per generare elettricità e contribuire in modo determinante alla transizione dai combustibili fossili.

Finora riprodurre sulla Terra le reazioni che avvengono all'interno delle stelle (stellarator = stellar generator) in modo controllato si era rivelato un compito arduo, per non dire altro. La fusione nucleare richiede che i nuclei di due o più atomi si fondano per dare vita a un nucleo di un elemento più pesante. Nel nostro Sole si verifica una continua fusione di 4 nuclei di idrogeno in un nucleo di elio, cosa che evita il collasso gravitazionale e produce una quantità enorme di energia.

Riprodurre questo comportamento richiede non solo che i nuclei siano vicinissimi, ma anche una grande energia per vincere la repulsione elettromagnetica che porta i protoni a respingersi e non a fondersi. Perciò, affinché il sistema funzioni, il dispositivo deve produrre più energia rispetto a quella richiesta per la fusione.

La nuova ricerca pubblicata su Nature potrebbe rappresentare una svolta in tal senso. I fisici hanno dimostrato che il Wendelstein 7-X è in grado di confinare il plasma caldo grazie a campi magnetici e gestire temperature di 30 milioni di gradi kelvin. Al momento può funzionare per 30 minuti.

"È una notizia davvero entusiasmante per la fusione che questo progetto abbia avuto successo", ha detto in un comunicato stampa il coautore dello studio e fisico del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) Novimir Pablant. "Dimostra chiaramente che questo tipo di ottimizzazione può essere fatto".

La progettazione degli stellarator risale agli anni 1950, ma fino a oggi questi dispostivi dal design complesso (i magneti) si erano dimostrati incapaci di impedire la fuoriuscita del calore generato da una reazione di fusione, un processo chiamato "trasporto neoclassico". A causare questo problema sono le frequenti collisioni che fanno uscire le particelle riscaldate dalle loro orbite mentre ruotano attorno alle linee del campo magnetico che le confinano.

Il fisico del PPPL Novimir Pablant e una simulazione al computer delle bobine magnetiche e plasma del W7-X

Per questo motivo, la maggior parte della ricerca si era concentrata sui tokamak, dispositivi a forma di ciambella che trattengono meglio il calore e, in alcuni test, hanno dimostrato di poter generare temperature oltre dieci volte più calde del nucleo del Sole. Creare uno stellarator funzionante consentirebbe agli scienziati di aggirare alcuni dei problemi causati tokamak, che possono avere difficoltà a stabilizzare il plasma super caldo che porta alle reazioni di fusione.

I test e la loro successiva analisi hanno dimostrato che le temperature raggiunte non sarebbero state possibili senza una forte riduzione del trasporto neoclassico. "Ridurre il trasporto neoclassico non è l'unica cosa che bisogna fare. Ci sono un sacco di altri obiettivi da perseguire, tra cui il funzionamento costante e la riduzione del trasporto turbolento". A produrre il trasporto turbolento sono le increspature e i vortici che attraversano il plasma e rappresentano la seconda fonte principale di perdita di calore.

Creato nel 2015, W7-X ritornerà in funzione nel 2022 dopo tre anni di stop per aggiornamenti principalmente al sistema di raffreddamento.