“Riflessioni” di prof. Giancarlo Elia Valori – Raggiunti in Cina 160 milioni di gradi Celsius: il Sole artificiale

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“Riflessioni” di Prof. Giancarlo Elia Valori, Cavaliere del Lavoro, Honorable de l’Académie des Sciences de l’Institut de France, President of International World Group

a cura di Alberto Rino Chezzi

Un altro importante passo è stato compiuto dalla ricerca cinese nello sviluppo della fonte energetica definitiva per la fusione nucleare.
Il 28 maggio scorso, l’Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), detto “sole artificiale”, operante presso l’Istituto di Scienza dei Materiali di Hefei (Accademia Cinese delle Scienze), ha raggiunto il nuovo limite del pianeta arrivando alla temperatura più alta mai registrata.
Centoventi milioni di gradi Celsius, per un minuto e 51 secondi; inoltre il medesimo EAST è riuscito a mantenere anche una temperatura di 160 milioni di gradi Celsius per 20 secondi. Un vertice maggiormente elevato di quello del nucleo del Sole, che può arrivare a un limite di 15 milioni di gradi Celsius.
Un tokamak (dal russo: toroidal’naja kamera s magnitnymi katushkami: acronimo russo per “camera toroidale con bobine magnetiche “) è una macchina a forma di ciambella (toro) in cui un gas (solitamente di idrogeno) caldo e rarefatto (nello stato di plasma) viene mantenuto coeso e lontano dalle pareti interne grazie ad un campo magnetico creato da elettromagneti esterni alla camera. È stato originariamente inventato negli anni Cinquanta dal professore sovietico Sadyk Azimovič Azimov (1914-88) e altri dell’Istituto Kurčatov di Mosca.
Il dispositivo sperimentale cinese per la fusione nucleare è stato creato nel 1998 e all’epoca si chiamava HT-7U. Al fine di rendere più facile la pronuncia, la memoria e un preciso significato scientifico per gli esperti nazionali e stranieri, nell’ottobre 2003 HT-7U è stato ufficialmente ribattezzato EAST.
Nel 2006, il progetto EAST è stato completato in modo definitivo e di più alta qualità. Nel settembre-ottobre dello stesso anno e nel gennaio-febbraio 2007, il dispositivo EAST ha eseguito due debug di scarica e ha ottenuto con successo plasmi ad alta temperatura stabili, ripetitivi e controllabili con varie configurazioni magnetiche.
EAST ha un meccanismo di reazione alla fusione nucleare simile a quello del Sole. Il suo principio di funzionamento è di aggiungere una piccola quantità di isotopo di idrogeno deuterio o trizio nella camera a vuoto del dispositivo e generare plasma attraverso un principio simile a un trasformatore, quindi aumentare la sua densità e temperatura per provocare una reazione di fusione: un processo che genera un’enorme energia.
Nei dieci anni successivi alla sua costruzione, EAST ha continuamente compiuto progressi nella ricerca della fusione nucleare controllabile.
Nel 2009, il primo ciclo di esperimenti EAST ha avuto successo, ponendo la Cina in prima linea nella ricerca sulla fusione nucleare. Nel febbraio 2016, gli esperimenti fisici di EAST hanno raggiunto un altro importante passo avanti, arrivando alla più lunga durata della temperatura raggiungendo i 50 milioni di gradi. Nel 2018, EAST ha raggiunto una serie di importanti traguardi tra cui i 100 milioni di gradi.
Questo vuol dire che il genere umano ha compiuto un altro importante progresso nei propri sforzi per trasformare la fusione nucleare in una nuova energia pulita ed inesauribile.
L’energia è la forza trainante fondamentale che guida il funzionamento di ogni aspetto della vita. L’energia utilizzata oggi ha molti difetti e non può soddisfare pienamente i bisogni umani, mentre l’energia da fusione nucleare è considerata l’energia ideale per eccellenza.
Secondo i calcoli, il deuterio contenuto in un litro di acqua di mare può produrre l’energia di 300 litri di benzina, sprigionandosi dopo la reazione di fusione nucleare, oltre al fatto che il prodotto non è dannoso. Sebbene non sia una “macchina del moto perpetuo”, la fusione nucleare può fornire energia per molto tempo. Non solo l’eroe della Marvel Iron Man può fare affidamento sul piccolo reattore nel suo petto, inoltre, le materie prime potranno essere ottenute dall’acqua di mare e il costo sarà estremamente basso.
La prima condizione per la fusione nucleare è mantenere il combustibile nel quarto stato della materia, dopo il solido, liquido ed aeriforme, ossia quello del plasma.
Quando la temperatura del plasma raggiunge decine di milioni di gradi Celsius o addirittura centinaia di milioni di gradi, il nucleo atomico può vincere la forza repulsiva per effettuare la reazione di polimerizzazione. Accoppiato con una densità sufficiente e un tempo di confinamento dell’energia termica sufficientemente lungo, la reazione di fusione nucleare è in grado di continuare costantemente.
Tuttavia, è particolarmente difficile ottenere sia la temperatura di centinaia di milioni di gradi Celsius sia il controllo del confinamento a lungo termine della stabilità del plasma.
Riconoscendo che la fusione nucleare è l’obiettivo finale per risolvere l’energia futura dell’umanità, ci sono sia cooperazione che concorrenza nella ricerca internazionale.
Il segno della cooperazione è che il 28 luglio 2020 si è tenuta in Francia la cerimonia di lancio dell’importante progetto di installazione del programma International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Il piano ITER è attuato congiuntamente da Cina, Rep. della Corea (sud), Giappone, India, Russia, Unione Europea ed Usa.
Il 28 dicembre 2020, la ricerca avanzata di Seul, il Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) stabilì un nuovo limite mondiale in quel momento e il suo ionomero ha mantenuto una temperatura di oltre 100 milioni di gradi per 20 secondi.
All’inizio del 2018, il Plasma Science and Fusion Center del Massachusetts Institute of Technology aveva iniziato a progettare e costruire un reattore a fusione Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact più avanzato di ITER, con un volume decine di volte più piccolo e notevolmente ridotto nel costo. Ma resta da vedere se questo obiettivo può essere colto.
Ora, i ricercatori cinesi hanno raggiunto progressi significativi in questo campo e fatto un altro passo importante verso l’ottenimento dell’energia da fusione nucleare.
In futuro, se si realizzerà la capacità produttiva e l’approvvigionamento energetico del “Sole artificiale”, sarà un’altra rivoluzione tecnologica che può promuovere il progresso sociale ancor più della rivoluzione industriale che, nei fatti, ha significato l’inizio dell’inquinamento per il pianeta e lo sfruttamento da parte del capitale.
Sebbene ci sia ancora molta strada da fare prima della costruzione del porto navale su Giove descritto dallo scrittore cinese Liu Cixin nel romanzo Tre corpi (San Ti), l’umanità sta effettivamente avanzando sulla strada per ottenere una fusione nucleare controllabile.
L’energia da fusione nucleare ha vantaggi eccezionali atti a produrre ricche risorse, oltre a nessuna emissione di carbonio, per cui pulita e sicura, ed è una delle fonti di energia ideali per l’umanità in futuro, e può dare importanti contributi al raggiungimento della eliminazione del predetto carbonio.
Le due maggiori difficoltà nel realizzare la generazione di energia da fusione nucleare sono il raggiungere regolarmente centinaia di milioni di gradi, e l’accensione e il controllo stabili di confinamento a lungo termine.
Per ora molteplici condizioni estreme sono altamente integrate e combinate organicamente allo stesso tempo, ma ciò è molto difficile e impegnativo.
Nella realizzazione del primato è la prima volta che il dispositivo EAST ha adottato tecnologie chiave come la prima parete attiva interamente in metallo raffreddata ad acqua; il deviatore in tungsteno; ad alte prestazioni e stati di riscaldamento ad onde di alta potenza.
Al momento, ci sono più di 200 tecnologie di base e quasi 2.000 brevetti in merito a EAST, che riuniscono tecnologie all’avanguardia come “ultra-alta temperatura”, “ultra-bassa temperatura”, “ultra-alto vuoto”, “ultra-forte campo magnetico” e “corrente ultraelevata”.
La potenza totale è di 34 megawatt, che equivale a circa 68.000 forni a microonde domestici che si riscaldano insieme. Per far coesistere 100 milioni di gradi Celsius e –269 °C, è necessario utilizzare un “ultra-alto vuoto” con un’intensità di circa un centesimo di miliardesimo della pressione atmosferica superficiale atta all’isolamento. Per supportare questo complesso sistema estremo, quasi un milione di parti e componenti lavorano insieme su EAST.
Il nuovo primato EAST dimostra ulteriormente la fattibilità dell’energia da fusione nucleare e pone anche le basi fisiche e ingegneristiche per la commercializzazione.
L’energia sulla terra, immagazzinata sotto forma di combustibili fossili, vento, acqua o animali e piante, proviene originariamente dal sole. Ad esempio, i combustibili fossili si sono evoluti da animali e piante milioni di anni fa e l’energia di questi ultimi deriva in ultima analisi dall’energia solare immagazzinata dalla fotosintesi delle piante alla base della catena alimentare. Pertanto, indipendentemente dal tipo di energia utilizzata dagli esseri umani, in ultima analisi essi utilizzano l’energia del Sole che proviene da una fusione nucleare.
Se l’umanità potesse padroneggiare il metodo per rilasciare l’energia della fusione nucleare in modo ordinato, sarebbe equivalente come a controllare la fonte di energia del Sole. Pertanto, il reattore a fusione nucleare controllabile è chiamato il “Sole artificiale” per tale ragione.