Più che un laser, una stella in miniatura

[drakend]

Più che un laser, una stella in miniatura

Roma - Il confine della sperimentazione e della conoscenza umana ha due volti: da questa parte dell'Atlantico c'è l'LHC, l'acceleratore del CERN di Ginevra che vuole scovare la particella di dio che si annida nella sottile filigrana dell'esistenza, mentre da quell'altra parte si è pronti a dare il là al National Ignition Facility, l'impianto che monta il laser più potente del mondo. Talmente potente che i ricercatori lo vogliono utilizzare per simulare l'energia del sole, tra le altre cose.

Costato 12 anni di lavoro e 3,5 miliardi di dollari, l'impianto è finalmente completo e pronto a "sparare" i primi fasci luminosi. Il super-laser è infatti composto da 192 fasci luminosi distinti, ognuno viaggia a circa 300 metri per millesimo di secondo e tutti convergono verso un unico punto delle dimensioni di una comune gomma per cancellare.

Alla stessa stregua dei preparativi pensati per far andare l'acceleratore del CERN a pieno regime, il laser del NIF verrà gradualmente "acceso" nel corso del tempo, i fasci laser innescati, le ottiche riscaldate, sino al punto da raggiungere (nel 2010) quella che gli scienziati definiscono come il punto di avvio della fusione nucleare, un punto in cui la pressione e la temperatura generata dal mega-laser saranno tali da riuscire a comprimere due atomi di idrogeno in un singolo atomo di elio, rilasciando una quantità di energia di classe "stellare" in accordo con l'equazione di Einstein sulla equivalenza di materia ed energia E=mc^2.
A quel punto l'energia generata (in un contenitore cilindrico appositamente progettato, sostiene la AFP), sarà superiore a quella necessaria al funzionamento della macchina, e gli Stati Uniti avranno a disposizione uno strumento prodigioso da impiegare in vari ambiti di utilizzo, primo fra tutti il "check-up" delle testate dell'arsenale atomico tutt'ora in carica al Pentagono.

Grazie al super-laser, gli ufficiali non avranno più bisogno di test nucleari sotterranei per verificare la buona salute dell'arsenale nucleare americano, come conferma il responsabile della National Nuclear Security Administration Thomas D'Agostino. Dopo le bombe, il NIF farà da spartiacque per una nuova era nel campo delle sperimentazioni ad alte energie, capaci di far avanzare la conoscenza scientifica nella fisica, astrofisica e quant'altro.

Il NIF è in grado di generare e concentrare una quantità di energia tra le 60 e le 70 volte più alta dell'impianto a 60 fasci della University of Rochester, che da oggi è ufficialmente il secondo laser più potente del mondo. Come già successo con l'LHC, anche in questo caso i primi a mostrarsi emozionati e curiosi di sapere che cosa succederà una volta accesa la macchina sono coloro che ci hanno lavorato sopra.

"Oramai è operativo", dice infatti il direttore e coordinatore del progetto NIF Edward Moses, "I laser solo al loro posto. Gli obiettivi pure, abbiamo provato le ottiche. Ma la vera prova è il momento del fuoco. Abbiamo messo insieme tutto questo e sparato agli obiettivi. È la prima volta che qualcuno conduce esperimenti a queste scale di grandezza".

Per Moses, che evidentemente non ha in mente solo bombe atomiche e arsenali militari, l'obiettivo principale del NIF è la dimostrazione sul campo della "prova scientifica del principio dell'energia a fusione". La macchina che dovrebbe contribuire in maniera determinante all'avvio del cammino dell'umanità verso lo sfruttamento della fonte energetica più prodigiosa esistente nell'universo, dice Moses, sarà in grado di sviluppare, entro un lasso di tempo ridotto, una quantità di energia tra le 50 e le 100 volte superiore a quella generata dal laser stesso.

Alfonso Maruccia

Fonte.

Cosa ne pensate? Mentre qua in Europa stanno ancora costruendo ITER, negli USA hanno già realizzato un prototipo che sarà, con ogni probabilità, funzionante...
Poi se ITER andrà come LHC mi sa che diverrà pienamente operativo fra mezzo secolo...

[xenom]

Originariamente inviato da drakend

Fonte.

Cosa ne pensate? Mentre qua in Europa stanno ancora costruendo ITER, negli USA hanno già realizzato un prototipo che sarà, con ogni probabilità, funzionante...
Poi se ITER andrà come LHC mi sa che diverrà pienamente operativo fra mezzo secolo...

ITER promette molto meglio del confinamento inerziale made in USA..

il tokamak è una soluzione più semplice ed efficacie del confinamento inerziale.

Il motivo per il quale gli USA hanno scelto quella via è perché appunto quel dispositivo può essere usato in campo bellico, infatti penso sia stato finanziato dalla difesa

[T3d]

la fusione ad ignizione non può essere utilizzata per produrre energia elettrica commerciale.

[drakend]

Originariamente inviato da xenom

ITER promette molto meglio del confinamento inerziale made in USA..

il tokamak è una soluzione più semplice ed efficacie del confinamento inerziale.

Il motivo per il quale gli USA hanno scelto quella via è perché appunto quel dispositivo può essere usato in campo bellico, infatti penso sia stato finanziato dalla difesa

Non metto in dubbio che ITER sarà strafico eccetera, il punto è che è ancora in fase progettuale e non si sa bene se verranno rispettati i tempi, mentre negli USA hanno ultimato lo strumento che permetterà di produrre energia derivante da fusione già nel 2010. Anche preventivando eventuali problemi che facciano slittare il raggiungimento del pieno regime di qualche mese, gli americani arriveranno alla fusione prima degli europei, molto prima... fra l'altro per costruire questo prototipo c'è voluto molto tempo perché avrà posto problemi tecnologici sempre nuovi, però dopo che sarà stato testato in lungo ed in largo penso che costruirne di nuovi non sarà altrettanto difficile...

Originariamente inviato da T3d

la fusione ad ignizione non può essere utilizzata per produrre energia elettrica commerciale.

Perché?

[T3d]

Originariamente inviato da drakend

Perché?

un punto in cui la pressione e la temperatura generata dal mega-laser saranno tali da riuscire a comprimere due atomi di idrogeno in un singolo atomo di elio, rilasciando una quantità di energia di classe "stellare" in accordo con l'equazione di Einstein sulla equivalenza di materia ed energia E=mc^2.

perchè il confinamento laser ha il suo limite nella quantità di materia che si può comprimere efficacemente... il plasma dell'iter ha un volume di ben 837 m³.
infatti nell'articolo non si parla di reattori per produzione di elettricità, ma solo di test nucleari sugli armamenti.

[drakend]

Originariamente inviato da T3d

perchè il confinamento laser ha il suo limite nella quantità di materia che si può comprimere efficacemente... il plasma dell'iter ha un volume di ben 837 m³.
infatti nell'articolo non si parla di reattori per produzione di elettricità, ma solo di test nucleari sugli armamenti.

No nell'articolo dice che i test sulle testate nucleari sarà una delle possibili applicazioni, non certo l'unica!
Ad ogni modo quale sarebbe il limite di materia a quale ti riferisci?

[T3d]

Originariamente inviato da drakend

No nell'articolo dice che i test sulle testate nucleari sarà una delle possibili applicazioni, non certo l'unica!
Ad ogni modo quale sarebbe il limite di materia a quale ti riferisci?

hai idea di come funzioni la fusione a confinamento inerziale?

l'iter è progettato già da ora per estrarre il calore generato dalla fusione. non vedo in questo progetto qualcosa di simile...

[drakend]

Originariamente inviato da T3d

hai idea di come funzioni la fusione a confinamento inerziale?

Dunque io so il confinamento magnetico... cioè so per modo di dire: so che deuterio e trizio vengono portati a temperature di qualche decina di milioni di gradi, però vengono isolati in campi magnetici potentissimi per impedire che le temperature impossibili sciolgano il reattore a fusione. Per il confinamento inerziale non sapevo molto, però leggendo la relativa voce su Wikipedia c'è scritto, in particolare:

Inertial confinement fusion (ICF) is a process where nuclear fusion reactions are initiated by heating and compressing a fuel target, typically in the form of a pellet that most often contains a mixture of deuterium and tritium.

To compress and heat the fuel, energy is delivered to the outer layer of the target using high-energy beams of laser light, electrons or ions, although for a variety of reasons, almost all ICF devices to date have used lasers. The heated outer layer explodes outward, producing a reaction force against the remainder of the target, accelerating it inwards, and sending shock waves into the center. A sufficiently powerful set of shock waves can compress and heat the fuel at the center so much that fusion reactions occur. The energy released by these reactions will then heat the surrounding fuel, which may also begin to undergo fusion. The aim of ICF is to produce a condition known as "ignition", where this heating process causes a chain reaction that burns a significant portion of the fuel. Typical fuel pellets are about the size of a pinhead and contain around 10 milligrams of fuel: in practice, only a small proportion of this fuel will undergo fusion, but if all this fuel were consumed it would release the energy equivalent to burning a barrel of oil.

ICF is one of two major branches of fusion energy research, the other being magnetic confinement fusion. To date most of the work in ICF has been carried out in the United States, and generally has seen less development effort than magnetic approaches. When it was first proposed, ICF appeared to be a practical approach to fusion power production, but experiments during the 1970s and '80s demonstrated that the efficiency of these devices was much lower than expected. For much of the 1980s and '90s ICF experiments focused primarily on nuclear weapons research. More recent advances suggest that major gains in performance are possible, once again making ICF attractive for commercial power generation. A number of new experiments are underway or being planned to test this new "fast ignition" approach.

Fonte.
Questo articolo dice chiaramente che il confinamento inerziale è interessante a livello commerciale è che una quantità di carburante equivalente ad una capocchia di spillo dà l'energia equivalente a quella di un barile di petrolio!
Mi sembra, quindi, che l'invenzione di cui parla l'articolo possa avere ricadute commerciali enormi e non si limita certo al solo campo militare!

[T3d]

posso solo dirti che il principio di funzionamento è lo stesso della bomba ad idrogeno. si comprime il carburante sferico raggiungendo densità e temperature altissime, fino all'innesco della reazione di fusione.

ciò avviene in una piccolissima regione di spazio e attualmente non c'è nessun progetto realmente avanzato per sfruttare il calore prodotto da questa reazione.

ad un certo punto si è scelto il confinamento magnetico per motivi ingegneristici, ma soprattutto credo per motivi di sicurezza. questo apparecchio è pur sempre una bomba all'idrogeno "controllata"... solo che al posto di una bomba a fissione ci sono 192 laser che comprimono il carburante nucleare.

[drakend]

Originariamente inviato da T3d

ciò avviene in una piccolissima regione di spazio e attualmente non c'è nessun progetto realmente avanzato per sfruttare il calore prodotto da questa reazione.

ad un certo punto si è scelto il confinamento magnetico per motivi ingegneristici, ma soprattutto credo per motivi di sicurezza. questo apparecchio è pur sempre una bomba all'idrogeno "controllata"... solo che al posto di una bomba a fissione ci sono 192 laser che comprimono il carburante nucleare.

Se viene emesso calore, dalla reazione di fusione, perché mai non si sa come sfruttarlo? Voglio dire, una volta ottenuto il calore, si può trasformarlo in energia meccanica e quindi elettrica mediante qualche fluido!

[T3d]

Originariamente inviato da drakend

Se viene emesso calore, dalla reazione di fusione, perché mai non si sa come sfruttarlo? Voglio dire, una volta ottenuto il calore, si può trasformarlo in energia meccanica e quindi elettrica mediante qualche fluido!

sinceramente, non credo che sia così semplice. non conosco i dettagli ingegneristici, dovresti chiedere a christina per fugare i tuoi dubbi.

credo che si fosse già parlato delle criticità del confinamento inerziale rispetto a quello magnetico, anche in termini di potenze in gioco. all'aumentare della potenza desiderata i livelli di precisione dei laser molto probabilmente diventano irraggiungibili.

TROVATO:
http://www.hwupgrade.it/forum/showpo...1&postcount=95

[xenom]

Originariamente inviato da T3d

hai idea di come funzioni la fusione a confinamento inerziale?

l'iter è progettato già da ora per estrarre il calore generato dalla fusione. non vedo in questo progetto qualcosa di simile...

no beh, ITER servirà solo per tentare di produrre più potenza termica di quanta se ne immette sotto forma di elettricità per tenerlo in funzione.
Ma assolutamente non prevede l'utilizzo dell'energia. in pratica da ITER non si potrà estrarre energia utile.
Però se ITER funziona siamo a cavallo, perché poi basta progettare il sistema di estrazione dell'energia utile (progetto DEMO) e se anche quello va... risolti i problemi energetici.

[xenom]

Originariamente inviato da drakend

Se viene emesso calore, dalla reazione di fusione, perché mai non si sa come sfruttarlo? Voglio dire, una volta ottenuto il calore, si può trasformarlo in energia meccanica e quindi elettrica mediante qualche fluido!

Beh intanto io penso che a livello qualitativo il confinamento inerziale lavori a potenze molto più basse. Il plasma è confinato in un punto molto piccolo, mentre in ITER è confinato in un ciambellone enorme.

In secondo luogo penso sia molto complesso estrarre energia termica (trasportata esclusivamente in forma radiante) dalla fusione a confinamento inerziale perché -secondo me- i superlaser sono "in mezzo alle scatole"
forse è una cazzata, comunque ci sono tot laser disposti secondo una configurazione sferica che puntano al centro della sfera. un eventuale circuito di riscaldamento dovrebbe passare in mezzo ai laser IMHO.

[Rand]

Non la fonte più affidabile del mondo, ma a leggere Wikipedia NIF non è in grado di produrre più energia di quella che consuma:

Fast Ignition and HiPER

In traditional ICF devices the driver laser is used to compress the target to very high densities. The shock wave created by this process further heats the compressed fuel when it collides in the center of the sphere. If the compression is symmetrical enough the increase in temperature can create conditions close to the Lawson criterion, leading to significant fusion energy production. If the resulting fusion rate is high enough, the energy released in these reactions will heat the surrounding fuel to similar temperatures, causing them to undergo fusion as well. In this case, known as "ignition", a significant portion of the fuel will undergo fusion and release large amounts of energy. Ignition is the basic goal of any fusion device.

The amount of laser energy needed to effectively compress the targets to ignition conditions has grown rapidly from early estimates. In the "early days" of ICF research in the 1970s it was believed that as little as 1 kilojoules (kJ) would suffice,[11][12] and a number of experimental lasers were built in order to reach these power levels. When they did, a series of problems, typically related to the homogeneity of the collapse, turned out to seriously disrupt the implosion symmetry and lead to much cooler core temperatures that originally expected. Through the 1980s the estimated energy required to reach ignition grew into the megajoule range, which appeared to make ICF impractical for fusion energy production. For instance, the National Ignition Facility (NIF) uses about 330 MJ of electrical power to pump the driver lasers, and in the best case is expected to produce about 20 MJ of fusion power output.[1] Without dramatic gains in output, such a device would never be a practical energy source.

Se riuscirà a dimostrare di funzionare veramente è molto interessante questo progetto, che permetterebbe reattori compatti (con applicazioni interessanti come veicoli spaziali con un ISP molto più alto di quanto possibile con i razzi chimici).

[drakend]

Originariamente inviato da T3d

sinceramente, non credo che sia così semplice. non conosco i dettagli ingegneristici, dovresti chiedere a christina per fugare i tuoi dubbi.

credo che si fosse già parlato delle criticità del confinamento inerziale rispetto a quello magnetico, anche in termini di potenze in gioco. all'aumentare della potenza desiderata i livelli di precisione dei laser molto probabilmente diventano irraggiungibili.

TROVATO:
http://www.hwupgrade.it/forum/showpo...1&postcount=95

Ti ringrazio per l'utile link... in sostanza bisogna ridurre il volume ed aumentare la densità, al fine di mantenere la reazione a catena controllata, cioè terminabile quando si vuole.

Originariamente inviato da xenom

no beh, ITER servirà solo per tentare di produrre più potenza termica di quanta se ne immette sotto forma di elettricità per tenerlo in funzione.
Ma assolutamente non prevede l'utilizzo dell'energia. in pratica da ITER non si potrà estrarre energia utile.
Però se ITER funziona siamo a cavallo, perché poi basta progettare il sistema di estrazione dell'energia utile (progetto DEMO) e se anche quello va... risolti i problemi energetici.

Beh lo scopo di ITER è quello di dimostrare che la fusione serva a qualcosa, commercialmente parlando. Ed è meglio che sia così perché se i risultati non dovessero corrispondere con quanto previsto dalla teoria delle particelle i fisici avrebbero un bel po' di lavoro da rivedere...

Originariamente inviato da xenom

Beh intanto io penso che a livello qualitativo il confinamento inerziale lavori a potenze molto più basse. Il plasma è confinato in un punto molto piccolo, mentre in ITER è confinato in un ciambellone enorme.

In secondo luogo penso sia molto complesso estrarre energia termica (trasportata esclusivamente in forma radiante) dalla fusione a confinamento inerziale perché -secondo me- i superlaser sono "in mezzo alle scatole"
forse è una cazzata, comunque ci sono tot laser disposti secondo una configurazione sferica che puntano al centro della sfera. un eventuale circuito di riscaldamento dovrebbe passare in mezzo ai laser IMHO.

Originariamente inviato da Rand

Non la fonte più affidabile del mondo, ma a leggere Wikipedia NIF non è in grado di produrre più energia di quella che consuma:



Se riuscirà a dimostrare di funzionare veramente è molto interessante questo progetto, che permetterebbe reattori compatti (con applicazioni interessanti come veicoli spaziali con un ISP molto più alto di quanto possibile con i razzi chimici).

Rand ma tu hai preso un brano da un articolo riguarda l'ipotetico futuro successore del NIF, che si dovrebbe costruire in Europa. In quell'articolo si dice quanto citi, ma è davvero strano: nell'articolo di wikipedia sul NIF si ripete questo concetto:

In late March 2009, it was announced that construction of the National Ignition facility had been completed and that testing of the facility had begun.[1][58] The first stage of experiments will involve 192 laser beams being fired upon a small amount of hydrogen fuel, that will seek to recreate the conditions that exist at the centre of stars such as the sun.[59] It is hoped that the main experiments will start in June 2009, when the theory of nuclear fusion will be tested.[60] Within two or three years it is hoped the experiments will see more energy being accessed through the fusion process than is being used, thus providing an unlimited but clean source of fuel.[61] If successful it is believed a second facility known as High Power Laser Energy Research (HiPER) will be constructed in Europe that will be able to perform the experiment more frequently.[62]

Perché il suo successore, più potente, non potrebbe liberare più energia di quella che assorbe?
Difatti la voce su HiPER dice:

The High Power laser Energy Research facility (HiPER), is an experimental laser-driven inertial confinement fusion (ICF) device undergoing preliminary design for possible construction in the European Union starting around 2010. HiPER is the first experiment designed specifically to study the "fast ignition" approach to generating nuclear fusion, which uses much smaller lasers than conventional designs, yet produces fusion power outputs of about the same magnitude. This offers a total "fusion gain" that is much higher than devices like the National Ignition Facility (NIF), and a reduction in construction costs of about ten times.

La cosa non quadra...

[Rand]

Originariamente inviato da drakend

Rand ma tu hai preso un brano da un articolo riguarda l'ipotetico futuro successore del NIF, che si dovrebbe costruire in Europa. In quell'articolo si dice quanto citi, ma è davvero strano: nell'articolo di wikipedia sul NIF si ripete questo concetto:

Umh.. allora non saprei. Ci vorrebbe qualcuno con una conoscenza reale del campo che sappia rispondere.

Perché il suo successore, più potente, non potrebbe liberare più energia di quella che assorbe?
Difatti la voce su HiPER dice:

Infatti non ho mai detto che HiPER non ne fosse in grado. Il mio dubbio era su NIF.

[drakend]

Originariamente inviato da Rand

Umh.. allora non saprei. Ci vorrebbe qualcuno con una conoscenza reale del campo che sappia rispondere.



Infatti non ho mai detto che HiPER non ne fosse in grado. Il mio dubbio era su NIF.

Ah quel pezzo che hai evidenziato si riferisce al NIF, avevo letto male e pensavo che si riferisse ad HiPER. Ad ogni modo è un'informazione che contraddice nettamente quanto scritto nell'articolo su NIF, comunque.

[xenom]

Originariamente inviato da drakend

Beh lo scopo di ITER è quello di dimostrare che la fusione serva a qualcosa, commercialmente parlando. Ed è meglio che sia così perché se i risultati non dovessero corrispondere con quanto previsto dalla teoria delle particelle i fisici avrebbero un bel po' di lavoro da rivedere...
.

No ma guarda che i limiti sono solo ingegneristici, non fisici.
JET (Il più grande reattore a fusione TOKAMAK attualmente esistente, se non erro) assorbe più energia di quanta ne produce, ma solo perché il confinamento inerziale assorbe troppa corrente.

Con ITER sono stati studiati diversi sistemi che aumentano in modo incredibile l'efficienza del confinamento, ed è qui il punto (esempio: elettromagneti superconduttori in primis).

[drakend]

Originariamente inviato da xenom

No ma guarda che i limiti sono solo ingegneristici, non fisici.
JET (Il più grande reattore a fusione TOKAMAK attualmente esistente, se non erro) assorbe più energia di quanta ne produce, ma solo perché il confinamento inerziale assorbe troppa corrente.

Non lo metto in dubbio, però dicevo che l'energia emessa (dalla reazione, non quella trasformata in corrente elettrica) è meglio che vada in accordo con la teoria delle particelle, perché se no bisogna rivedere tutto!

Con ITER sono stati studiati diversi sistemi che aumentano in modo incredibile l'efficienza del confinamento, ed è qui il punto (esempio: elettromagneti superconduttori in primis).

Mah guarda io sento parlare di ITER da un bel pezzo, ma è stata messa la prima mattonella? No perché temo che il tutto sia bloccato da veti incrociati e burocrazia borbonica!
Di questo passo gli americani e i cinesi andranno su Marte con la propulsione nucleare derivante da fusione, mentre noi europei staremo a perdere tempo con le marche da bollo da mettere sull'autorizzazione numero 1230405!!!

[xenom]

Originariamente inviato da drakend

Non lo metto in dubbio, però dicevo che l'energia emessa (dalla reazione, non quella trasformata in corrente elettrica) è meglio che vada in accordo con la teoria delle particelle, perché se no bisogna rivedere tutto!


Mah guarda io sento parlare di ITER da un bel pezzo, ma è stata messa la prima mattonella? No perché temo che il tutto sia bloccato da veti incrociati e burocrazia borbonica!
Di questo passo gli americani e i cinesi andranno su Marte con la propulsione nucleare derivante da fusione, mentre noi europei staremo a perdere tempo con le marche da bollo da mettere sull'autorizzazione numero 1230405!!!

Si si tranquillo hanno già cominciato a costruirlo