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Stellarator, la fusione nucleare di nuova generazione

Il 10 Dicembre è stato acceso per la prima volta in Germania il nuovo reattore a fusione nucleare Wendelstein 7-X stellarator (W7-X), che si trova presso il Max Plank Institute di Greifswald. Costato un miliardo di euro e quasi due decenni di studio, questo reattore è stato progettato per studiare la possibilità di avere una fonte di energia virtualmente illimitata.

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Adesso sono in corso i test: è stato riempito con elio  – un gas inerte – per valutare la sua capacità di gestire i gas. Se tutto andrà come previsto a fine gennaio 2016 partiranno gli esperimenti con l'idrogeno.

Probabilmente molti di voi in tema di fusione nucleare e guardando le immagini hanno pensato a Tokamak, un dispositivo a forma toroidale che racchiudere isotopi di idrogeno allo stato di plasma in campi magnetici che lo riscaldano alle temperature altissime necessarie affinché i nuclei di idrogeno si fondano. Ebbene il Wendelstein 7-X stellarator è il cugino di Tokamak ed è anche il reattore a fusione più grande mai costruito.

Consiste in un anello di 16 metri di larghezza che ingloba 50 bobine magnetiche da 6 tonnellate. In linea di principio il reattore stellarator è simile a Tokamak, ma è potenzialmente migliore perché una volta avviati, i reattori raggiungono uno stato stabile in modo naturale, e non manifestano le distorsioni magnetiche, che possono arrivare a piegare i metalli, tipiche dei tokamak.

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Sfortunatamente gli stellarator sono terribilmente difficili da costruire, e questo ha fatto sì che si superassero i costi di fabbricazione e si registrassero forti ritardi nella costruzione. "Nessuno immaginava che cosa significasse" costruirne uno, ha commentato Thomas Klinger, capo del gruppo di scienziati che ha lavorato a W7-X.

Assemblarlo ha richiesto 1,1 milioni di ore di lavoro, utilizzando uno dei modelli di ingegneria più complessi mai concepiti. Sono presenti 425 tonnellate di magneti superconduttori, che per lavorare devono essere raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Klinger ha spiegato che il raffreddamento dei magneti con elio liquido è "l'inferno sulla Terra", perché richiede che tutto sia fatto con una modellazione 3D estremamente complessa: "non si può adattare nulla in loco".

Il progetto del W7-X doveva iniziare nel 2006 e avrebbe dovuto costare 550 milioni di euro. I problemi non si sono fatti attendere. Nel 2003 circa un terzo dei magneti che erano stati prodotti aveva fallito nei test e doveva essere rispedito al mittente. Le forze che agiscono sulla struttura del reattore si sono rivelate maggiori di quanto fosse stato calcolato, con il risultato che il reattore "si sarebbe spezzato" ha detto Klinger.

La costruzione di alcuni componenti principali ha pertanto dovuto essere interrotta e riprogettata. Un fornitore dei magneti nel frattempo è fallito e fra il 2003 e il 2007 il progetto è stato "vicino alla cancellazione". Ma i funzionari del ministero della ricerca hanno lottato duramente per il progetto, e alla fine è stato stabilito un finanziamento pari a 1,06 miliardi di euro e la messa in funzione per il 2015.

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Adesso finalmente sappiamo che W7-X è a un punto di svolta. L'esemplare presente al Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) diretto da Klinger è il primo esempio su larga scala di una nuova famiglia di stellarator, e potrebbe eguagliare o superare le prestazioni di un tokamak di dimensioni simili. Se questo obiettivo fosse centrato potrebbe costituire una svolta in questo campo della ricerca.

Il reattore è stato terminato a maggio 2014 e nell'ultimo anno sono stati condotti tutti i controlli possibili, che il W7-X ha superato senza intoppi.

Questo punto si attende l'approvazione degli enti regolatori nucleari tedeschi, che dovrebbe arrivare entro la fine di questo mese.