Fusione nucleare, rivista una legge fondamentale: si può produrre molta più energia del previsto

Fusione nucleare, rivista una legge fondamentale: si può produrre molta più energia del previsto

Un team della EPFL ha rivisitato il "limite di Greenwald", una delle leggi fondamentali usata per progettare e far funzionare i reattori per la fusione nucleare. Gli studiosi hanno dimostrato che i tokamak possono utilizzare quasi il doppio della quantità di carburante per produrre plasmi senza preoccuparsi della disruzione.

di pubblicata il , alle 11:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

I fisici dell'EPFL (Scuola politecnica federale di Losanna), all'interno di una vasta collaborazione europea, hanno rivisto una delle leggi fondamentali che è stata alla base della ricerca sul plasma e sulla fusione nucleare per oltre tre decenni, e che ha guidato lo sviluppo di ITER e altri progetti simili. Gli studiosi hanno dimostrato che è possibile utilizzare in sicurezza più combustibile a idrogeno nei reattori a fusione e quindi ottenere più energia rispetto a quanto previsto in precedenza.

La fusione nucleare è una delle fonti di energia pulita più promettenti per il futuro, anche se la sua "messa a punto" richiederà diverso tempo perché il suo obiettivo è replicare, in modo stabile, i processi di fusione che si verificano nel Sole per creare energia.

Quando si parla di fusione nucleare s'intende l'unione di due nuclei atomici in uno solo, processo che rilascia enormi quantità di energia. Si tratta della stessa cosa che avviene nel nostro Sole, il cui calore proviene da nuclei di idrogeno che si fondono in atomi di elio più pesanti. Tra i tanti progetti in corso per replicare quel processo c'è ITER, tramite il quale si punta alla creazione di plasma ad alta temperatura affinché si crei il giusto ambiente per permettere alla fusione di avvenire e di produrre energia.

Il plasma, uno stato ionizzato della materia simile a un gas, è fatto di nuclei caricati positivamente ed elettroni caricati negativamente, ed è quasi un milione di volte meno denso dell'aria che respiriamo. Il plasma viene creato sottoponendo "il combustibile di fusione" - atomi di idrogeno - a temperature estremamente elevate (10 volte quella del nucleo del Sole), costringendo gli elettroni a separarsi dai loro nuclei atomici. Il processo avviene all'interno di una struttura a forma di ciambella ("toroidale") chiamata "tokamak".

"Per creare plasma per la fusione devi considerare tre cose: alta temperatura, alta densità di combustibile a idrogeno e buon confinamento", ha dichiarato Paolo Ricci dello Swiss Plasma Center, uno dei principali istituti di ricerca sulla fusione al mondo. Ed è proprio il team di Ricci, lavorando con altri istituti europei, ad aver capito che il futuro tokamak ITER potrà operare con il doppio delle quantità di idrogeno e perciò generare più energia di fusione rispetto a quanto si pensava in passato.

"Uno dei limiti nella produzione di plasma all'interno di un tokamak è la quantità di idrogeno che puoi iniettare all'interno", ha spiegato Ricci. "Fin dai primi giorni della fusione, sapevamo che se si tenta di aumentare la densità del carburante, a un certo punto si sarebbe verificata quella che chiamiamo disruzione: in pratica si perde completamente il confinamento e il plasma va ovunque. Quindi negli anni '80 si cercava di elaborare una sorta di legge in grado di prevedere la densità massima di idrogeno inseribile in un tokamak".

Alla fine fu Martin Greenwald, nel 1988, a formulare una "legge" usata finora e che correlava la densità del carburante al raggio minore del tokamak (il raggio del cerchio interno della ciambella) e alla corrente che scorre nel plasma all'interno del tokamak. Da allora, il "limite di Greenwald" è diventato il principio fondamentale per la ricerca sulla fusione, tanto che la costruzione del tokamak di ITER si basa su di esso.

"Greenwald ha derivato la legge empiricamente, cioè completamente da dati sperimentali, non da una teoria testata, o quelli che chiameremmo 'principi primi'", ha spiegato Ricci. Al fine di verificare la correttezza della legge, lo Swiss Plasma Center ha ideato un esperimento per verificare con precisione la quantità di carburante iniettata in un tokamak.

Maurizio Giacomin, dottorando del team di Ricci, ha analizzato i processi fisici che limitano la densità nei tokamak, al fine di derivare una legge di primo principio in grado di correlare la densità del carburante e la dimensione del tokamak. Per farlo si è affidato a un'avanzata simulazione del plasma svolta su supercomputer.

"Quello che abbiamo scoperto dalle nostre simulazioni è che quando si aggiunge più carburante al plasma, parti di esso si spostano dallo strato freddo esterno del tokamak, il confine, di nuovo nel suo nucleo, perché il plasma diventa più turbolento. Quindi, a differenza di un filo di rame elettrico, che diventa più resistente quando riscaldato, i plasmi diventano più resistenti quando si raffreddano. Quindi, più carburante metti alla stessa temperatura, più parti di esso si raffreddano e più è difficile che la corrente fluisca nel plasma, portando probabilmente alla disruzione".

Ricci e i suoi colleghi sono riusciti a ricavare una nuova equazione per il limite di carburante inseribile in un tokamak. Pubblicata su Physical Review Letters, la nuova equazione presuppone che il limite di Greenwald possa essere quasi raddoppiato, ciò significa che i tokamak come ITER possono effettivamente utilizzare quasi il doppio della quantità di carburante per produrre plasmi senza preoccuparsi della disruzione. "Ciò è importante perché mostra che la densità che puoi ottenere in un tokamak aumenta con la potenza necessaria per farlo funzionare", ha concluso Ricci.

61 Commenti
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Bradiper28 Maggio 2022, 11:50 #1
Basta che non creano una supernova.... Scherzo.
Impressionante vedere da quanti anni ci stanno dietro, la legge è del 1988 ma la sperimentazione è iniziata prima.
Gringo [ITF]28 Maggio 2022, 12:01 #2
Comunque e bello sapere che nel 2079 l'umanità potrà avere Energia Illimitata, potrà usale le nuove batterie al Squaranzorzio che si ricaricano... son gia cariche che ve lo dico a fare e si acquisterà tutto in Bitcoin e Ethereum....
A parte le Stronzate siamo nella merda indipendentemente dai progressi fatti.
io78bis28 Maggio 2022, 12:34 #3
Originariamente inviato da: Gringo [ITF]
Comunque e bello sapere che nel 2079 l'umanità potrà avere Energia Illimitata, potrà usale le nuove batterie al Squaranzorzio che si ricaricano... son gia cariche che ve lo dico a fare e si acquisterà tutto in Bitcoin e Ethereum....
A parte le Stronzate siamo nella merda indipendentemente dai progressi fatti.


La cosa bella è che sono olttr 40anni che centinai di persone ci stanno studiando e ancora non hanno prodotto nulla se non un sacco di carta, congressi e annunci.

Tra l'altro su queste cose chi studia impiega 30 a produrre il documento di ricerca, poi ci vogliono 40 anni per realizzare la struttura che soddisfi le specifiche per il test e infine si scopre che un calcolo era errato
maxsona28 Maggio 2022, 12:54 #4
Visto che la fusione deve essere sostenuta (con dei laser, se non sbaglio), non ho capito come faccia un reattore a produrre più energia di quella necessaria a farlo funzionare.
Non è una domanda complottista, è ignoranza mia.
codeca28 Maggio 2022, 13:02 #5
No, la fusione è sostenuta dal campo magnetico nei tokamak.....per i laser si parla di confinamento inerziale e quindi [B][U]strutture completamente diverse da tokamak e stellarator[/U][/B]: http://docenti.ing.unipi.it/~dcmn/fusione/fusione.htm

Come fa a produrre più energia? Esattamente come avvengono le reazioni chimiche INIZIALMENTE "sfavorevoli" e che poi invece lo diventano con successiva liberazione di energia maggiore di quella di attivazione della reazione.
Innanzitutto CATALIZZANDO il processo (che spontaneamente è possibile solo in presenza di una immane forza gravitazionale come appunto avviene in una stella).

Bisognerebbe spiegarti perchè la fusione di 2 nuclei di idrogeno (o isotopi eventuali) produce una marea di energia in eccesso a quella necessaria per l'attivazione della reazione SE e QUANDO riesci ad ottenere la reazione in forma NON esplosiva.
In forma esplosiva come nelle testate termonucleari tutta l'energia viene sprecata per generare l'onda termica e l'onda d'urto meccanica e non per sostenere la reazione in sè.....che è anche il motivo per cui non c'è il problema del confinamento magnetico o inerziale: la reazione basta che duri alcuni istanti in quel caso, nel modo più [B][U]in[/U][/B]controllato possibile, e bon - confinamento e (volume di) controllo sono SINONIMI in termodinamica.
codeca28 Maggio 2022, 13:13 #6
Originariamente inviato da: io78bis
La cosa bella è che sono olttr 40anni che centinai di persone ci stanno studiando e ancora non hanno prodotto nulla se non un sacco di carta, congressi e annunci.

Tra l'altro su queste cose chi studia impiega 30 a produrre il documento di ricerca, poi ci vogliono 40 anni per realizzare la struttura che soddisfi le specifiche per il test e infine si scopre che un calcolo era errato

Era errato il limite superiore, ma la "scoperta" viene presentata un po' idiotamente - sensazionalisticamente - in relazione al problema dell'utilizzo del reattore in ottica commerciale.
I problemi realizzativi stanno altrove e sono decisamente più complessi di "ma quanto posso ricavare da quanto metto???" - che è un problema di convenienza commerciale più che di fattibilità tecnica (l'avvelenamento del plasma da parte della propria componente "fredda" non è che scompaia ora, al massimo si sa che lo si può contenere per un volume di carburante immesso doppio rispetto a quanto si credeva.....ma non è che di colpo il fenomeno si sia annullato fino ad una ipotetica nuova soglia il cui calcolo precedente sarebbe stato sbagliato e quindi festaaaaaa Non cambia praticamente niente I problemi sono sempre lì, solo con impatto più "posponibile" rispetto a quanto atteso)
Opteranium28 Maggio 2022, 13:20 #7
Reattori fantastici e dove trovarli, il limite di Grindelwald, prossimamente nelle sale
codeca28 Maggio 2022, 13:29 #8
Originariamente inviato da: Opteranium
Reattori fantastici e dove trovarli, il limite di Grindelwald, prossimamente nelle sale

Disfattismo cinico "Era meglio morire da piccoli"

Ricordare sempre Talos Principle

How do you solve a problem that extends beyond your own lifespan? That question may be the essence of civilization. The only answer I can find is to initiate a process, to create an environment, in which the solution will occur independently of yourself. But, that requires a difficult sacrifice: letting go of your desire to bear witness, to exist at the center of the cosmos. To participate in the project of civilization is to accept death.
codeca28 Maggio 2022, 13:36 #9
Originariamente inviato da: Bradiper
Basta che non creano una supernova....

Non avendo la pressione generata dalla gravità delle stelle a disposizione possiamo solo alzare la temperatura.....e ci vogliono centinaia di milioni di gradi per fondere due nuclei di idrogeno o deuterio. Non ha neppure senso di ipotizzare di realizzare sulla Terra il ciclo carbonio-azoto-ossigeno delle supernove (il ciclo di Bethe) senza aver prima concluso col nucleare ad idrogeno
paolo cavallo28 Maggio 2022, 14:40 #10
ricreare il SOLE ? e quando il sole fa un MEGAFLARE ?

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