Arriva un nuovo successo per la fisica nucleare e un passo avanti verso reattori nucleari a fusione funzionanti. Oggi un particolare reattore, lo stellarator Wendelstein 7-X (W7-X) in Germania, ha raggiunto temperature doppie rispetto a quelle del nucleo del Sole.
Utilizzati a partire dagli anni Cinquanta, gli stellarator puntano a riprodurre la fusione nucleare, ovvero gli stessi processi che avvengono all’interno delle stelle (da qui il nome, che viene dalla crasi della locuzione “stellar generator”). Il prototipo Wendelstein 7-X, messo a punto recentemente dall’istituto Max Planck di fisica del plasma (Ipp), è il più avanzato al mondo e oggi i fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (Pppl), che ci lavorano, confermano la sua potenza. I risultati sono pubblicati su Nature.
Uno stellarator unico
Utilizzati a partire dagli anni Cinquanta, gli stellarator utilizzano potenti campi magnetici per confinare il plasma – gas ionizzato, la materia alla base e che darà luogo alla reazione nucleare – all’interno del reattore, di questa grande ciambella. Vent’anni dopo, negli anni Settanta, questi strumenti sono stati soppiantati in buona parte dai cosiddetti tokamak, reattori simili per caratteristiche, ma con performance superiori, anche se comunque con dei limiti.
Ultimato nel 2015, Wendelstein 7-X è il più grande stellarator esistente e intende superare alcune limitazioni dei suoi predecessori. In generale l’obiettivo è studiare e riuscire a ottenere la produzione continua di energia elettrica, ricordando che ad oggi non è possibile avere questo risultato con i reattori disponibili (non esistono reattori di questo tipo e il traguardo è fissato nel 2050). Lo stellarator tedesco è in grado di ottenere questa prestazione per 30 minuti consecutivi.
Il risultato di oggi
Uno dei problemi principali, che riguardano in particolar modo gli stellarator (più dei tokamak), è la perdita di calore ed energia a causa di un processo chiamato trasporto neoclassico, di fatto delle collisioni che fanno uscire dall’orbita, dal confinamento, le particelle riscaldate. Nello studio, gli autori dimostrano che il particolare design dei complessi magneti intrecciati fra loro dello stellarator riducono questo problema limitando la perdita di energia.
La prova arriva grazie al particolare spettrometro a raggi X, chiamato Xics, che ha misurato le elevate temperature raggiunte all’interno del reattore. Queste temperature, spiegano gli autori, non si sarebbero ottenute senza la diminuzione della perdita di calore. La misurazione, dunque, è una prova della valida prestazione dello stellarator e lo strumento Xics è stato centrale per averla. “Senza Xics – spiega Robert Wolf, coautore della ricerca – probabilmente non avremmo scoperto questo buon regime di confinamento”.
Ma non è finita qui: si possono compiere ancora molti passi per migliorare ulteriormente le capacità dello stellarator. Dopo una pausa per aggiornamenti al reattore durata 3 anni, W7-X ritornerà in funzione nel 2022. Le modifiche hanno riguardato la realizzazione di un sistema di raffreddamento per prolungare gli esperimenti di fusione nucleare e un “divertore” per ridurre ulteriormente le perdite. Questo farà passare al nuovo step d’indagine: capire se lo stellarator può rappresentare un prototipo per la creazione di nuove centrali di produzione di energia elettrica.
La fusione nucleare
La fusione nucleare è una reazione in cui i nuclei di due o più atomi si uniscono – si fondono – per formare il nucleo di un altro elemento chimico più pesante. È un processo alla base del funzionamento delle stelle, ad esempio del nostro Sole: il Sole è come un grande reattore a fusione nucleare in cui avviene continuamente la fusione di 4 nuclei di idrogeno (ovvero 4 protoni) in un nucleo di elio, un’esplosione atomica continua che produce e ci inonda di energia. Per osservare questa reazione i nuclei devono essere vicinissimi ed è necessaria una grande energia per superare la repulsione elettromagnetica (per cui protone e protone si respingono).
Via Wired.it