Andiamo dietro le quinte del più grande dispositivo di fusione nucleare del mondo nel tentativo di sfruttare l’energia dalla stessa reazione che alimenta il Sole e le stelle.
Nel cuore della Provenza, alcune delle menti scientifiche più brillanti del pianeta stanno preparando il terreno per quello che viene definito l’esperimento scientifico più grande e ambizioso del mondo.
“Stiamo costruendo probabilmente la macchina più complessa mai progettata”, confida Laban Coblentz.
Il compito da svolgere è dimostrare la fattibilità dello sfruttamento della fusione nucleare – la stessa reazione che alimenta il nostro Sole e le stelle – su scala industriale.
Per fare questo, nel sud della Francia è in costruzione la più grande camera di confinamento magnetico del mondo, o tokamak, per generare energia netta.
L’accordo sul progetto del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) è stato formalmente firmato nel 2006 da Stati Uniti, UE, Russia, Cina, India e Corea del Sud al Palazzo dell’Eliseo a Parigi.
Ora ci sono più di 30 paesi che collaborano allo sforzo di costruire il dispositivo sperimentale, che dovrebbe pesare 23.000 tonnellate e resistere a temperature fino a 150 milioni di gradi centigradi una volta completato.
“In un certo senso, questo è come un laboratorio nazionale, un grande istituto di ricerca. Ma in realtà è la convergenza dei laboratori nazionali di 35 paesi”, ha detto a Euronews Next Coblentz, responsabile delle comunicazioni di ITER.
Come funziona la fusione nucleare?
La fusione nucleare è il processo mediante il quale due nuclei atomici leggeri si fondono per formarne uno solo più pesante, generando un massiccio rilascio di energia.
Nel caso del Sole, gli atomi di idrogeno nel suo nucleo sono fusi insieme dalla semplice pressione gravitazionale.
Nel frattempo, qui sulla Terra, si stanno esplorando due metodi principali per generare la fusione.
“Il primo, potresti averlo sentito al National Ignition Facility negli Stati Uniti”, ha spiegato Coblentz.
“Prendi un pezzettino molto, molto piccolo – delle dimensioni di un granello di pepe – di due forme di idrogeno: deuterio e trizio. E spari loro dei laser. Quindi, stai facendo la stessa cosa. Stai schiacciando anche la pressurizzazione. poiché aggiungendo calore si ottiene un’esplosione di energia, E = mc². Una piccola quantità di materia viene convertita in energia”.
Il progetto di ITER si concentra sulla seconda via possibile: la fusione a confinamento magnetico.
“In questo caso, abbiamo una camera molto grande, 800 m³, e mettiamo una piccolissima quantità di carburante – da 2 a 3 g di carburante, deuterio e trizio – e la raggiungiamo fino a 150 milioni di gradi attraverso vari sistemi di riscaldamento “, ha detto Labano.
“Quella è la temperatura alla quale la velocità di queste particelle è così alta che invece di respingersi con la loro carica positiva, si combinano e si fondono. E quando si fondono, emettono una particella alfa ed emettono un neutrone”.
Nel tokamak, le particelle cariche sono confinate da un campo magnetico, ad eccezione dei neutroni altamente energetici che fuoriescono e colpiscono la parete della camera, trasferiscono il loro calore e quindi riscaldano l’acqua che scorre dietro la parete.
In teoria, l’energia verrebbe sfruttata dal vapore risultante che aziona una turbina.
“Questo è, se volete, il successore di una lunga serie di dispositivi di ricerca”, ha spiegato Richard Pitts, capo sezione della divisione scientifica di ITER.
“Il campo studia la fisica del tokamak da circa 70 anni, da quando i primi esperimenti furono progettati e costruiti in Russia negli anni Quaranta e Cinquanta”, ha aggiunto.
Secondo Pitts, i primi tokamak erano piccoli dispositivi da tavolo.
“Poi, poco a poco, diventano sempre più grandi, sempre più grandi, perché sappiamo – dal nostro lavoro su questi dispositivi più piccoli, dai nostri studi di scala dal piccolo al più grande – che per ricavare energia da fusione netta da queste cose, dobbiamo dobbiamo farne uno grande come questo”, ha detto.
Vantaggi della fusione
Le centrali nucleari esistono dagli anni ’50 e sfruttano una reazione di fissione, in cui l’atomo viene diviso in un reattore, rilasciando un’enorme quantità di energia nel processo.
La fissione ha il chiaro vantaggio di essere già un metodo collaudato e consolidato, con oltre 400 reattori nucleari a fissione in funzione oggi in tutto il mondo.
Ma mentre i disastri nucleari sono stati un evento raro nella storia, la catastrofica fusione del reattore 4 di Chernobyl nell’aprile 1986 ci ricorda con forza che essi non sono mai del tutto esenti da rischi.
Inoltre, i reattori a fissione devono anche fare i conti con la gestione sicura di grandi quantità di rifiuti radioattivi, che in genere vengono sepolti in profondità nei depositi geologici.
Al contrario, ITER osserva che un impianto di fusione di scala simile genererebbe energia da una quantità molto minore di input chimici, solo pochi grammi di idrogeno.
“Gli effetti sulla sicurezza non sono nemmeno paragonabili”, ha osservato Coblentz.
“Hai solo 2 o 3 g di materiale. Inoltre, il materiale in un impianto di fusione, deuterio e trizio, e il materiale che esce, elio non radioattivo e un neutrone, sono tutti imbrigliati. Quindi non c’è alcun residuo , per così dire, e l’inventario del materiale radioattivo è estremamente, estremamente ridotto”, ha aggiunto.
Insuccessi nel progetto ITER
La sfida con la fusione, sottolinea Coblentz, è che questi reattori nucleari rimangono estremamente difficili da costruire.
“Si tenta di portare qualcosa fino a 150 milioni di gradi. Si tenta di renderlo della scala necessaria e così via. È semplicemente una cosa difficile da fare”, ha detto.
Certamente, il progetto ITER ha lottato con la complessità di questa impresa gigantesca.
La cronologia originale del progetto ITER fissava il 2025 come data per il primo plasma, con la messa in servizio completa del sistema fissata per il 2035.
Ma le battute d’arresto dei componenti e i ritardi legati al COVID-19 hanno portato a uno spostamento della tempistica per la messa in servizio del sistema e a un budget in aumento per far fronte.
Il costo iniziale stimato per il progetto era di 5 miliardi di euro, ma è cresciuto fino a superare i 20 miliardi di euro.
“Ci siamo già imbattuti in sfide semplicemente dovute alla complessità e alla moltitudine di materiali unici, componenti unici in una macchina unica”, ha spiegato Coblentz.
Un ostacolo significativo è stato il disallineamento delle superfici di saldatura dei segmenti della camera a vuoto prodotta in Corea del Sud.
“Quelli che sono arrivati sono arrivati con una tale non conformità nei bordi dove li si salda insieme che dobbiamo rifare quei bordi”, ha detto Coblentz.
“Non è scienza missilistica in quel caso particolare. Non è nemmeno fisica nucleare. Si tratta solo di lavorare e ottenere cose con un incredibile grado di precisione, il che è stato difficile”, ha aggiunto.
Coblentz afferma che il progetto è attualmente impegnato in un processo di risequenziamento, nella speranza di avvicinarsi il più possibile all’obiettivo del 2035 per l’avvio delle operazioni di fusione.
“Piuttosto che concentrarci su quali fossero le nostre date prima del primo plasma, del primo test della macchina nel 2025, e poi di una serie di quattro fasi per arrivare inizialmente all’energia da fusione nel 2035, salteremo semplicemente il primo plasma. fare in modo che i test vengano eseguiti in un altro modo in modo da poter rispettare il più possibile quella data”, ha affermato.
Collaborazione internazionale
Per quanto riguarda le collaborazioni internazionali, ITER è una sorta di unicorno nel modo in cui ha resistito ai venti contrari delle tensioni geopolitiche tra molte delle nazioni coinvolte nel progetto.
“Questi paesi non sono ovviamente sempre allineati ideologicamente. Se si guardano le bandiere sul cantiere di Alphabet, la Cina vola accanto all’Europa, la Russia vola accanto agli Stati Uniti”, ha osservato Coblentz.
“Non c’era alcuna certezza che quei paesi si impegnassero a lavorare insieme per 40 anni. Non ci sarà mai la certezza che non ci sarebbero stati dei conflitti”.
Coblentz attribuisce la relativa solidità del progetto al fatto che rendere operativa la fusione nucleare è un sogno comune e generazionale.
“Questo è ciò che unisce questa forza. Ed è per questo che è sopravvissuta alle attuali sanzioni che l’Europa e altri hanno nei confronti della Russia nell’attuale situazione con l’Ucraina”, ha aggiunto.
Cambiamenti climatici ed energia pulita
Data la portata della sfida rappresentata dal cambiamento climatico, non c’è da meravigliarsi che gli scienziati stiano correndo per trovare una fonte di energia priva di carbonio per alimentare il nostro mondo.
Ma un’abbondante fornitura di energia da fusione è ancora molto lontana, e anche ITER ammette che il loro progetto rappresenta la risposta a lungo termine alle preoccupazioni energetiche.
In risposta all’idea che la fusione arriverà troppo tardi per contribuire a combattere la crisi climatica in modo significativo, Coblentz afferma che l’energia da fusione potrebbe avere un ruolo da svolgere anche in futuro.
“Se davvero avessimo un innalzamento del livello del mare al punto da iniziare ad aver bisogno del consumo di energia per spostare le città? Se iniziamo a vedere sfide energetiche su quella scala, diventa davvero ovvia la risposta alla tua domanda”, ha detto.
“Più aspettiamo che arrivi la fusione, più ne avremo bisogno. Quindi la mossa intelligente è: portarla qui il più velocemente possibile”.
Per ulteriori informazioni su questa storia, guarda il video nel lettore multimediale qui sopra.
Image:Getty Images
