Lo stato della ricerca sulla fusione nucleare con i laser

6 Settembre 2021
Fusione nucleare

Dopo quasi 50 anni dalla sua ideazione, la fisica della fusione nucleare per confinamento inerziale raggiunge un importante successo in un esperimento americano. L’Europa lavora intanto su uno schema di ignizione per shock, con la partecipazione attiva del Cnr.

 

Il Lawrence Livermore National Laboratory ha annunciato il raggiungimento di un traguardo storico nella corsa internazionale alla fusione termonucleare controllata. Si tratta della realizzazione sostanziale dell’ ‘ignizione’ in un esperimento di fusione nucleare con i laser in corso presso la National Ignition Facility (NIF).

Per la prima volta l’energia prodotta per effetto della fusione nucleare in questo test è stata pressoché pari all’energia spesa per comprimere e riscaldare il plasma in modo da raggiungere la condizione di fusione. Un risultato che fa ben sperare nella fusione termonucleare controllata quale fonte di energia sicura e pressoché inesauribile, senza produzione di CO2, di altri gas serra o di scorie radioattive a lungo tempo di decadimento.

Lo schema di Fusione per Confinamento Inerziale (ICF) usato da NIF si basa sulla compressione rapida di un guscio sferico di dimensioni millimetriche, riempito di deuterio e trizio (atomi di idrogeno pesante), tramite irraggiamento con laser di alta potenza. Attraverso la compressione, la capsula di combustibile raggiunge temperature e pressioni elevatissime in grado di innescare la fusione nucleare ed emettere sufficiente energia prima di espandersi nuovamente. Se analoghi esperimenti in passato avevano portato ad una produzione di energia record di 150 kJ (1 kJ=1000 Joule), il nuovo risultato mostra per la prima volta che l’ignizione è effettivamente possibile perché in grado di ottenere oltre 1.35 MJ (1 MJ= 1 milione di Joule) di energia prodotta, pari ad oltre 5 volte l’energia assorbita e oltre il 70% dell’energia laser totale impiegata pari a 1.9 MJ.

Schema della National Ignition Facility con il sistema laser da 192 fasci focalizzati al centro della camera da vuoto.
Schema della National Ignition Facility con il sistema laser da 192 fasci focalizzati al centro della camera da vuoto.

Dalla sua ideazione nel 1972, la fusione per confinamento inerziale di deuterio e trizio è stata testata con diverse configurazioni. L’attuale modello dimostratosi efficace al NIF utilizza 2 MJ di energia laser e prevede una capsula di combustibile inserita al centro di una cavità di metallo, l’hohlraum, irraggiata dalla radiazione X prodotta dall’interazione dei fasci laser con le pareti interne della cavità. Frutto della collaborazione tra i grandi laboratori statunitensi e diversi scienziati di tutto il mondo, questo risultato conferma la validità di principio della fusione per confinamento inerziale e consente di guardare con grande ottimismo allo sviluppo della fusione laser per la futura produzione di energia.

 

 

La fusione inerziale in Europa

Nonostante la scarsità di finanziamenti comunitari dedicati alla fusione inerziale, in Europa la ricerca continua attraverso il progetto Euratom/Eurofusion, che collega i numerosi gruppi impegnati su questo fronte. L’Italia è tra i principali artefici dello sviluppo della fusione laser sin dalla sua ideazione e ha preso parte all’iniziativa europea HiPER, concepita con l’idea di studiare la fusione laser con uno schema diverso da quello del NIF, denominato di ‘ignizione per shock’. In questo contesto il Consiglio nazionale delle ricerche, L’Università degli Studi di Roma “La Sapienza” e l’ENEA hanno ottenuto importanti risultati relativi al controllo del processo.
Il Cnr partecipa oggi con l’Istituto Nazionale di Ottica a un progetto di respiro europeo finanziato dal consorzio Eurofusion dedicato allo studio dello schema di ignizione per shock, in particolare nello sviluppo dei laser di alta potenza e dell’interazione laser-materia ad alte intensità. Una migliore conoscenza dei processi attivi nell’interazione laser-plasma è infatti necessaria per la definizione dello schema di ignizione per shock per il quale è in fase di ideazione, a livello Europeo, un esperimento dimostrativo ‘full scale’ presso il LMJ o presso la NIF.
Sulla scia del successo dell’esperimento NIF e della collaborazione europea nata con il Progetto HiPER, si auspica l’attivazione di un programma comunitario che lavori sulla fusione laser per la futura produzione di energia.

 

 

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