Un team europeo, che comprende anche ricercatori del Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP), ha utilizzato il combustibile delle future centrali elettriche a fusione facendo registrare un nuovo record mondiale di energia, che rende questa tecnologia molto più vicina.

Seguendo l’esempio del Sole, le centrali elettriche a fusione mirano a fondere gli isotopi dell’idrogeno deuterio e trizio e rilasciare grandi quantità di energia nel processo. L’unico impianto al mondo attualmente in grado di funzionare con tale combustibile è il progetto congiunto europeo JET, il Joint European Torus a Culham vicino a Oxford, nel Regno Unito. Tuttavia, gli ultimi esperimenti con il combustibile per le future centrali elettriche a fusione sono stati condotti lì nel 1997. Poiché il trizio è una materia prima molto rara che pone anche sfide di manipolazione speciali, i team di ricerca di solito usano idrogeno o deuterio per esperimenti al plasma. Nelle future centrali elettriche, il trizio sarà formato dal litio durante la produzione di energia.

“Possiamo esplorare molto bene la fisica nei plasmi di fusione lavorando con idrogeno o deuterio, quindi questo è lo standard in tutto il mondo”, ha spiegato la dott.ssa Athina Kappatou dell’IPP, che con i suoi colleghi IPP Dr. Philip Schneider e Dr. Jörg Hobirk ha guidato parti significative degli esperimenti collaborativi europei al JET. “Tuttavia, per la transizione verso l’esperimento internazionale di fusione su larga scala ITER, è importante che ci prepariamo per le condizioni prevalenti lì”. ITER è attualmente in costruzione a Cadarache, nel sud della Francia, e si prevede che sarà in grado di rilasciare dieci volte più energia di quella immessa nel plasma in termini di energia di riscaldamento, utilizzando combustibile deuterio-trizio.

Per portare l’esperimento JET il più vicino possibile alle future condizioni ITER, il precedente rivestimento in carbonio del recipiente al plasma è stato sostituito da una miscela di berillio e tungsteno, come previsto anche per ITER, tra il 2009 e il 2011. Il tungsteno metallico è più resistente del carbonio, che, inoltre, immagazzina troppo idrogeno. Tuttavia, la parete ora metallica pone nuove esigenze sulla qualità del controllo al plasma. Gli esperimenti attuali dimostrano i successi dei ricercatori: a temperature dieci volte superiori a quelle al centro del sole, sono stati raggiunti livelli record di energia di fusione generata.

Prima del cambio del materiale della parete, JET aveva stabilito il record mondiale di energia nel 1997 con un plasma che produceva 22 megajoule di energia. Questo record è rimasto fino ad ora. “Negli ultimi esperimenti, volevamo dimostrare che potevamo creare molta più energia anche in condizioni simili a ITER”, ha spiegato il fisico IPP Dr. Kappatou. Diverse centinaia di scienziati e ricercatori sono stati coinvolti in anni di preparazione per gli esperimenti. Hanno usato metodi teorici per calcolare in anticipo i parametri che dovevano ottenere per generare il plasma al fine di raggiungere i loro obiettivi. Gli esperimenti hanno confermato le previsioni alla fine del 2021 e hanno consegnato un nuovo record mondiale: JET ha prodotto plasmi stabili con combustibile deuterio-trizio che ha rilasciato 59 megajoule di energia.

Per produrre energia netta, cioè per rilasciare più energia di quella fornita dai sistemi di riscaldamento, l’impianto sperimentale è troppo piccolo. Questo non sarà possibile fino a quando l’esperimento ITER su larga scala nel sud della Francia non sarà in funzione. “Gli ultimi esperimenti al JET sono un passo importante verso ITER”, ha concluso la Prof.ssa Sibylle Günter, Direttore Scientifico del Max Planck Institute for Plasma Physics. “Quello che abbiamo imparato negli ultimi mesi renderà più facile per noi pianificare esperimenti con plasmi di fusione che generano molta più energia di quella necessaria per riscaldarli”.

Nel recente esperimento da record, le reazioni di fusione in JET hanno rilasciato un totale di 59 megajoule di energia sotto forma di neutroni durante una fase di cinque secondi di una scarica di plasma. Espresso in unità di potenza (energia per tempo), JET ha raggiunto una potenza di poco più di 11 megawatt in media su cinque secondi. Il precedente record energetico, stabilito nel 1997, era di poco meno di 22 megajoule di energia totale e 4,4 megawatt di potenza in media su cinque secondi.