Energia

Il super magnete del MIT ci avvicina alla realizzazione della fusione nucleare

il 5 settembre, per la prima volta, un grande elettromagnete superconduttore ad alta temperatura è stato portato fino a un’intensità di campo di 20 tesla, il campo magnetico più potente del suo genere mai creato sulla Terra. Questa dimostrazione di successo aiuterà a risolvere il più grande ostacolo nel tentativo di costruire la prima centrale elettrica a fusione al mondo in grado di produrre più energia di quanta ne consumi, secondo i leader del progetto del MIT e alla startup Commonwealth Fusion Systems (CFS).

La fusione è il processo che alimenta il sole: la fusione di due piccoli atomi per farne uno più grande, rilasciando quantità prodigiose di energia. Ma il processo richiede temperature ben oltre ciò che qualsiasi materiale solido potrebbe sopportare. Per catturare la fonte di energia del sole qui sulla Terra, ciò che serve è quindi una soluzione per catturare e contenere qualcosa di così caldo – 100.000.000 di gradi o più – sospendendolo in un modo che gli impedisca di entrare in contatto con qualsiasi cosa solida.

Questo viene fatto attraverso intensi 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 utilizzando elettromagneti convenzionali in rame, ma l’ultima e più grande versione in costruzione in Francia, chiamata ITER, utilizza quelli che sono noti come superconduttori a bassa temperatura.

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La principale innovazione nella progettazione della fusione MIT-CFS è l’uso di superconduttori ad alta temperatura, che consentono 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. L’idea è nata inizialmente come progetto di una classe di ingegneria nucleare del MIT. L’idea sembrava così promettente che ha continuato a essere sviluppata nelle successive iterazioni di quella classe, portando al concetto di progettazione della centrale elettrica ARC all’inizio del 2015. SPARC, progettato per essere circa la metà delle dimensioni di ARC, è un banco di prova per dimostrare il concetto prima della costruzione dell’impianto di produzione di energia a grandezza naturale.

Fino ad ora, l’unico modo per ottenere i campi magnetici colossalmente potenti necessari per creare una “bottiglia” magnetica in grado di contenere plasma riscaldato fino a centinaia di milioni di gradi era renderli sempre più grandi. Ma il nuovo materiale superconduttore ad alta temperatura, realizzato sotto forma di un nastro piatto, consente di ottenere un campo magnetico più elevato in un dispositivo più piccolo, eguagliando le prestazioni che si otterrebbero in un apparecchio 40 volte più grande in volume utilizzando magneti superconduttori convenzionali a bassa temperatura. Quel salto di potenza rispetto alle dimensioni è l’elemento chiave del design rivoluzionario di ARC.

Portare questo nuovo concetto di magnete alla realtà ha richiesto tre anni di intenso lavoro sulla progettazione, la creazione di catene di approvvigionamento e l’elaborazione di metodi di produzione per magneti che potrebbero eventualmente dover essere prodotti a migliaia. Il prossimo passo sarà la costruzione di SPARC, una versione su scala ridotta della centrale elettrica ARC pianificata. SPARC dimostrerà che una centrale elettrica a fusione commerciale su larga scala è pratica, aprendo la strada a una rapida progettazione e costruzione di quel dispositivo pionieristico in grado di procedere a tutta velocità.