Scoperte sulla superconduttività potrebbero significare che la fusione nucleare è possibile

A due anni da quando il politecnico bostoniano MIT ha dichiarato che i suoi scienziati hanno raggiunto una svolta nell’energia da fusione, l’ateneo torna mostrare una ricerca che confermerebbe che il progetto basato sui magneti utilizzato in quei test non è solo sorprendente in un ambiente di laboratorio, ma è anche pratico ed economicamente sostenibile.

Questi nuovi risultati provengono da un rapporto completo che comprende sei studi separati, pubblicati tempo fa sulla rivista di ingegneria IEEE Transactions on Applied Superconductivity, che valutano la fattibilità dei magneti superconduttori utilizzati dagli scienziati del MIT nel loro test epocale condotto nel settembre 2021.

«Di colpo, ha sostanzialmente cambiato il costo per watt di un reattore a fusione di un fattore di quasi 40 in un giorno. Ora la fusione ha una possibilità», ha sostenuto Dennis Whyte, ex direttore del Plasma Science and Fusion Center del MIT e professore di ingegneria, in un comunicato.

La fusione è il processo che alimenta le stelle, incluso il Sole. Atomi piccoli e abbondanti come l’idrogeno vengono combinati insieme, generando calore che può essere sfruttato per l’elettricità. A differenza della fissione nucleare, il processo produce poche radiazioni, il che lo rende più sicuro, e ha bisogno solo di atomi di idrogeno come combustibile anziché di elementi rari e pericolosi come uranio e plutonio.

Nelle stelle, l’immensa gravità fa scontrare gli atomi di idrogeno nei loro nuclei, ed è così che rimangono accesi per milioni se non miliardi di anni. Per comprimere gli atomi insieme dobbiamo sottoporli a temperature e pressioni estremamente elevate.

Una strategia è quella di usare una macchina chiamata Tokamak acronimo russo entrato nel gergo nuclearista mondiale (sta «toroidal’naja kamera s magnitnymi katushkami», «camera toroidale con spirali magnetiche»), una camera a forma di ciambella rivestita di enormi magneti superconduttori, per bloccare l’idrogeno in posizione.

Molti progetti di reattori a fusione usano i Tokamak e Whyte ritiene che i risultati mostrino che i dispositivi «hanno una possibilità di ridurre notevolmente le dimensioni e il costo degli oggetti che renderebbero possibile la fusione».

Nella loro scoperta, i ricercatori del MIT hanno utilizzato un materiale sperimentale chiamato REBCO che ha permesso ai magneti di essere superconduttivi a 20 Kelvin, una temperatura di poco più calda, ma molto più pratica di quella possibile in precedenza.

Gli scienziati hanno corso un rischio rimuovendo l’isolamento – una misura standard per prevenire i cortocircuiti – attorno alle bobine di nastro superconduttore del magnete, riporta Futurism. Ciò ha semplificato notevolmente il design e ha avuto «il vantaggio di essere un sistema a bassa tensione», ha spiegato Zach Hartwig, professore associato presso il dipartimento di scienza e ingegneria nucleare del MIT.

«È stata una grande sorpresa per la comunità quando abbiamo annunciato che si trattava di una bobina senza isolamento», ha poi aggiunto. Nel loro test su scala reale, ha detto Hartwig, il team ha costruito un magnete da dal peso poco al di sotto dei 10000 chilogrammi, in grado di mantenere un campo magnetico di oltre 20 tesla, che potrebbe essere sufficiente a supportare reazioni di fusione che raggiungono una potenza netta in uscita.

Oltre a ciò, diversi test hanno dimostrato che il progetto sia stabile fattibile, in grado di sopportare il calore estremo causato dall’interruzione dell’alimentazione.
«In pratica abbiamo fatto la cosa peggiore possibile a una bobina, di proposito, dopo aver testato tutti gli altri aspetti delle prestazioni della bobina. E abbiamo scoperto che la maggior parte della bobina è sopravvissuta senza danni», ha chiosato Whyte.

Come riportato da Renovatio 21, scienziati sudcoreani hanno stabilito un nuovo record mondiale utilizzando il dispositivo Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), un reattore a fusione nucleare con «sole artificiale».

In Giappone si è recentemente inaugurato il più grande reattore sperimentale a fusione nucleare del mondo, nominato JT-60SA, il quale rappresenta l’ultimo banco di prova per una fonte di energia rinnovabile raccolta da atomi che si fondono insieme sotto una pressione immensa a temperature incredibilmente elevate, senza rischiare una fusione nucleare.

Anche la Cina sta portando avanti queste ricerche in una enorme struttura composta da 14 edifici che copre 400.000 metri quadri. Il team di scienza della fusione termonucleare presso l’Istituto del Plasma di Hefei ha condotto ricerche sulle prestazioni globali dei materiali, sulle prestazioni dei superconduttori, dei magneti superconduttori, delle camere a vuoto del reattore di fusione, dei componenti del divertore e dell’interazione tra plasma e materiali.

Come riportato da Renovatio 21, Cina ha continuato con i suoi studi per la fusione dopo che negli scorsi anni un team di scienziati cinesi aveva affermato di aver trovato un metodo nuovo e più conveniente per il processo.

Una volta scoperto un processo stabile per ottenere la fusione, potrebbe entrare in giuoco l’Elio-3, una sostanza contenuta in grande abbondanza sulla Luna, dove la Cina, come noto, sta operando diverse missioni spaziali di successo. Da qui potrebbe svilupparsi definitivamente il ramo cosmico dello scacchiere internazionale, la geopolitica spaziale che qualcuno già chiama «astropolitica», e già si prospetta come un possibile teatro di guerra.

Un anno fa un esperimento di fusione ebbe successo presso il Livermore National Laboratory Ignition Facility, in California.

In Francia, nonostante l’avvio della guerra ucraina nel 2022, era stata annunciata la prosecuzione la collaborazione internazionale, che comprendeva anche la Russia (che ha portato un enorme magnete via nave), nel programma di ricerca International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), che ha costruito il più grande reattore a fusione nucleare tokamak della storia.

Come riportato da Renovatio 21, il CERN la scorsa settimana ha confermato che è prevista l’espulsione per gli scienziati russi e bielorussi che lavorano al collisore di adroni ginevrino.

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Immagine di pubblico dominio CC0 via Wikimedia