Reattore a fusione del MIT, il magnete funziona: una svolta verso l'energia pulita e inesauribile?

Reattore a fusione del MIT, il magnete funziona: una svolta verso l'energia pulita e inesauribile?

MIT e CFS hanno raggiunto un traguardo fondamentale nella ricerca sulla fusione a confinamento magnetico: il test del magnete che assicura il confinamento del plasma nel processo di fusione magnetica è stato condotto con successo.

di pubblicata il , alle 09:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

C'è molto fermento in questi giorni attorno ai reattori a fusione nucleare, grazie ai quali ottenere 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.

Dopo lo stellarator Wendelstein 7-X e la sua capacità confinare un calore che raggiunge temperature due volte superiori a quelle del nucleo del Sole, a fare discutere è SPARC, un progetto che vede coinvolta Commonwealth Fusion Systems (CFS), uno spin-off del MIT di Boston, lo stesso ateneo e una serie di finanziatori, tra cui l'italiana Eni che è maggiore azionista.

Cos'è successo? Secondo quanto racconta il MIT, dopo un lavoro di tre anni, il 15 settembre, per la prima volta, "un grande elettromagnete superconduttore ad alta temperatura è stato portato a un'intensità di campo di 20 tesla, il più potente campo magnetico del suo genere mai creato sulla Terra".

"La fusione è sotto molti aspetti la fonte di energia pulita finale", ha dichiarato Maria Zuber, vicepresidente per la ricerca del MIT. "La quantità di energia disponibile è davvero rivoluzionaria". Il carburante usato per creare l'energia di fusione proviene dall'acqua e "la Terra è piena d'acqua: è una risorsa quasi illimitata. Dobbiamo solo capire come utilizzarlo".

Lo sviluppo di un magnete funzionante mette CFS sulla giusta strada per completare SPARC entro il 2025 e costruire il primo dispositivo di fusione al mondo in grado di creare e confinare un plasma che produce più energia di quanta ne consuma.

Come già scritto parlando dello stellarator W7-X, la fusione è il processo che alimenta il Sole e prevede la fusione di due piccoli atomi per crearne uno più grande, liberando quantità prodigiose di energia.

Il problema è che questo processo richiede temperature ben superiori a quelle sopportabili da qualsiasi materiale solido. Per portare "l'energia del Sole" sulla Terra è quindi "necessario sviluppare un modo per catturare e contenere qualcosa di così caldo, sospendendolo in un modo che non entri in contatto con qualcosa di solido", spiega il MIT.

La risposta a questo problema prende il nome di "campi magnetici", che formano una sorta di bottiglia invisibile per contenere il plasma. "Poiché le particelle hanno una carica elettrica, sono fortemente controllate dai campi magnetici e la configurazione più utilizzata per contenerle è un dispositivo a forma di ciambella chiamato tokamak. La maggior parte di questi dispositivi ha prodotto i propri campi magnetici usando elettromagneti convenzionali in rame, ma l'ultima e più grande versione in costruzione in Francia, chiamata ITER, utilizza i cosiddetti superconduttori a bassa temperatura", spiega il MIT.


Il magnete superconduttore ad alta temperatura di SPARC

Nel caso del progetto SPARC si vogliono impiegare superconduttori ad alta temperatura che permettono di avere un campo magnetico molto più forte in uno spazio più piccolo. "Questo progetto è stato reso possibile da un nuovo tipo di materiale superconduttore che è diventato disponibile in commercio alcuni anni fa".  

Questo materiale consente di ottenere un campo magnetico più elevato in un dispositivo più piccolo, pari alle prestazioni che si otterrebbero con un dispositivo 40 volte più grande in volume usando magneti superconduttori convenzionali a bassa temperatura. È proprio questa capacità, a fronte delle dimensioni, la caratteristica rivoluzionaria del progetto firmato MIT-CFS.

Il prodotto finale è un magnete che usa 267 km di nastro piatto superconduttore per formare 16 piastre, impilate insieme all'interno di una sorta di un "involucro" a forma di D. Questo magnete viene raffreddato a circa -253,15 °C, a quel punto diventa superconduttore e produce il potente campo magnetico.

Se da una parte tutto era, per così dire, già "apparecchiato", per dimostrare l'efficacia della tecnologia era necessario testare con successo il componente fondamentale di SPARC, il nuovo magnete. Arrivare a questo punto ha richiesto tre anni di lavoro. Una volta pronto, il nuovo magnete è stato messo gradualmente alla prova fino a raggiungere l'obiettivo di un campo magnetico pari a 20 tesla, la più alta intensità di campo mai ottenuta per un magnete a fusione superconduttore ad alta temperatura.

La dimostrazione, dopo con una serie di pubblicazioni che l'anno scorso aveva sancito la bontà del progetto a patto di avere un magnete funzionante, spalanca le porte ai prossimi passi che permetteranno di finalizzare entro il 2025 SPARC, il primo impianto sperimentale a produzione netta di energia. Successivamente – nel corso del prossimo decennio - si lavorerà per creare ARC, il primo impianto capace di immettere energia da fusione nella rete elettrica.

SPARC sarà realizzato assemblando in configurazione toroidale (una ciambella detta tokamak) un totale di 18 magneti dello stesso tipo di quello oggetto del test. In tal modo sarà possibile generare un campo magnetico di intensità e stabilità necessarie a contenere un plasma di isotopi di idrogeno a temperature dell'ordine di 100 milioni di gradi, condizioni necessarie per ottenere la fusione dei nuclei atomici con il conseguente rilascio di un'elevatissima quantità di energia.


Bobina di nastro superconduttore ad alta temperatura utilizzata nella nuova classe di magneti a fusione

"Il passo successivo è quello di ingrandirsi, per costruire una vera centrale elettrica", ha aggiunto Maria Zuber. "Ci sono ancora molte sfide da affrontare, non ultima quella di sviluppare un design che consenta un funzionamento affidabile e duraturo. E poiché l'obiettivo qui è la commercializzazione, un'altra grande sfida sarà economica. Come si progettano queste centrali elettriche in modo che sia conveniente costruirle e distribuirle?".

Euforia anche per l'amministratore delegato di Eni, Claudio Descalzi: "[…] Per Eni, la fusione a confinamento magnetico occupa un ruolo centrale nella ricerca tecnologica finalizzata al percorso di decarbonizzazione, in quanto potrà consentire all'umanità di disporre di grandi quantità di energia prodotta in modo sicuro, pulito e virtualmente inesauribile e senza alcuna emissione di gas serra, cambiando per sempre il paradigma della generazione di energia e contribuendo a una svolta epocale nella direzione del progresso umano e della qualità della vita. Il risultato straordinario ottenuto durante il test dimostra ancora una volta l'importanza strategica delle nostre partnership di ricerca nel settore energetico e consolida il nostro contributo allo sviluppo di tecnologie game changer".

53 Commenti
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dado197909 Settembre 2021, 09:27 #1
La soluzione definitiva se dovesse funzionare.
teo_09 Settembre 2021, 09:32 #2
Fossi il “signor Europa” farei in modo che la maggior parte del NextGenerationEU fosse orientato per accelerare lo sviluppo di centrali a fusione. Se per ITER si parla di soluzioni commerciali dal 2050, una bella iniezione di fondi, potrebbe ridurre i tempi (e spese energetiche).
Doppiadi09 Settembre 2021, 09:33 #3
Piccolo refuso: "dopo un lavoro di tre anni, il 15 settembre, per la prima volta, "un grande elettromagnete superconduttore ad alta temperatura è stato portato a un'intensità di campo di 20 tesla, il più potente campo magnetico del suo genere mai creato sulla Terra". Penso sia il 5 Settembre, altrimenti cacciate fuori i numeri del lotto!!
DanieleG09 Settembre 2021, 10:16 #4
E il magnete con che energia viene alimentato?
Ago7209 Settembre 2021, 10:19 #5
Originariamente inviato da: Redazione di Hardware Upgrade
Questo magnete viene raffreddato a circa -253,15 °C, a quel punto diventa superconduttore e produce il potente campo magnetico.


Credo che ci sia una conflitto con la definizione di superconduttori ad alta temperatura data di wikipedia. Qualcuno sa quale è la soglia di temperatura dopo la quale si può parlare di superconduttore ad alta temperatura? -253.13 °C mi sembra molto bassa, già -200 è più facilmente raggiungibile.
le_mie_parole09 Settembre 2021, 10:36 #6
domanda... poniamo che riescano ad ottenere un plasma stabile, e quindi in sostanza a ricreare un piccolo sole, cosa potrebbe succedere se improvvisamente, per una qualsiasi ragione, la temperatura dei magneti dovesse aumentare a causa di un guasto? il cosiddetto plasma perderebbe il suo confinamento, e visto che nulla può contenerlo...si "spegne" da se o c'è il rischio che utilizzi il materiale con cui viene a contatto per espandersi e fagocitarsi tutta la terra? cioè. il plasma per restate tale ha bisogno dell'ambiente in cui è confinato perché ci sono certezze fisiche assolute che non possa diventare, una volta libero nel nostro ambiente, autosufficiente?
!fazz09 Settembre 2021, 10:39 #7
Originariamente inviato da: le_mie_parole
domanda... poniamo che riescano ad ottenere un plasma stabile, e quindi in sostanza a ricreare un piccolo sole, cosa potrebbe succedere se improvvisamente, per una qualsiasi ragione, la temperatura dei magneti dovesse aumentare a causa di un guasto? il cosiddetto plasma perderebbe il suo confinamento, e visto che nulla può contenerlo...si "spegne" da se o c'è il rischio che utilizzi il materiale con cui viene a contatto per espandersi e fagocitarsi tutta la terra? cioè. il plasma per restate tale ha bisogno dell'ambiente in cui è confinato perché ci sono certezze fisiche assolute che non possa diventare, una volta libero nel nostro ambiente, autosufficiente?


e come può diventare autosufficiente? il plasma è sostenuto dalla reazione di fusione che avviene in condizioni molto particolari (in poche parole presenza dei reagenti giusti, zero impurità alte pressioni e alte temperature)

se si perde il confinamento il plasma tocca le pareti, si raffredda e la materia torna allo stato di gas e la reazione si interrompe,
le_mie_parole09 Settembre 2021, 10:46 #8
!fazz, l'ho chiesto perché non lo so, e siccome la storia umana è costellata da scelte che avevano un "contro" bello grosso, e che quel "contro" o non lo si era previsto per ignoranza, o lo si è proprio ignorato, e quando si parla di energia questa cosa assume una certezza assoluta...è ovvio che qualche dubbio mi venga su qualunque tecnologia stiano testando, a maggior ragione se il potenziale distruttivo è così vasto
calabar09 Settembre 2021, 10:50 #9
Originariamente inviato da: DanieleG
E il magnete con che energia viene alimentato?

La sfida nei reattori a fusione è proprio quella: costruire un reattore in grado di generare più energia di quella necessaria a mantenere stabile la reazione. Per questo si parla di "fattore di guadagno della fusione" ossia il rapporto tra energia prodotta e energia consumata. Al momento i prototipi funzionanti hanno ottenuto fattori minori di 1. Lo scopo di ITER è ottenere almeno 1.
La sfida successiva sarà quella di rendere questa produzione di energia economicamente conveniente rispetto alle altre fonti. A quel punto i reattori commerciali saranno pronti e la fusione sarà realtà.

Originariamente inviato da: Doppiadi
Penso sia il 5 Settembre, altrimenti cacciate fuori i numeri del lotto!!

La fonte, infatti, parla del 5 settembre.
les209 Settembre 2021, 11:05 #10
domanda da profano: con qualcuno di questi magneti attivi a regime, un domani, potremmo avere problemi col campo magnetico terrestre?

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