Cos'è la fusione di confinamento magnetico?
La fusione a confinamento magnetico è un approccio alla fusione nucleare che prevede la sospensione di un plasma (gas ionizzato) in un campo magnetico e l'innalzamento della sua temperatura e pressione a livelli elevati. La fusione nucleare è un tipo di energia nucleare prodotta quando i nuclei atomici leggeri - idrogeno, deuterio, trizio o elio - vengono fusi insieme a grandi temperature e pressioni. Tutta la luce e il calore del Sole derivano dalle reazioni di fusione nucleare in corso nel suo nucleo. È attraverso questo che il Sole può esistere affatto: la pressione esterna delle reazioni di fusione bilancia la tendenza al collasso gravitazionale.
Sebbene l'umanità abbia sfruttato l'energia della fissione - spezzando i nuclei pesanti - per l'energia nucleare, la potenza di fusione di successo ci sfugge ancora. Finora, ogni tentativo di generare energia di fusione consuma più energia di quanta ne produca. La fusione a confinamento magnetico è uno dei due approcci popolari alla fusione nucleare - l'altro è la fusione a confinamento inerziale, che comporta il bombardamento di una pallina di combustibile con laser ad alta potenza. Attualmente esiste un progetto multimiliardario che persegue ogni percorso: il National Ignition Facility negli Stati Uniti sta perseguendo la fusione per confinamento inerziale e l'International Thermonuclear Experimental Reactor, un progetto internazionale, sta perseguendo la fusione per confinamento magnetico.
Gli esperimenti sulla fusione del confinamento magnetico iniziarono nel 1951, quando Lyman Spitzer, fisico e astronomo, costruì lo Stellerator, un dispositivo di confinamento al plasma a forma di otto cifre. Un importante passo in avanti avvenne nel 1968, quando gli scienziati russi presentarono al pubblico il progetto tokamak, un toro che sarebbe stato il design della maggior parte dei dispositivi di fusione a confinamento magnetico a venire. Nel 1991, c'è stato un altro passo avanti con la costruzione di START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) nel Regno Unito, uno sferomak o un tokamak sferico. I test hanno dimostrato che questo dispositivo è circa tre volte migliore rispetto alla maggior parte dei tokamak all'avvio delle reazioni di fusione e gli sferomak continuano a essere un'area di indagine in corso nella ricerca sulla fusione.
Affinché le reazioni di fusione siano efficienti, il centro di un reattore tokamak deve essere riscaldato a temperature di circa 100 milioni di Kelvin. A temperature così elevate, le particelle hanno un'enorme energia cinetica e cercano costantemente di fuggire. Una ricerca sulla fusione confronta la sfida della fusione a confinamento magnetico con quella di spremere un palloncino: se si preme forte su un lato, si apre solo su un altro. Nella fusione a confinamento magnetico, questo "scoppio" provoca la collisione di particelle ad alta temperatura con la parete del reattore, raschiando pezzi di metallo in un processo noto come "sputtering". Queste particelle assorbono energia, abbassando la temperatura totale del plasma confinato e rendendo difficile il raggiungimento della giusta temperatura.
Se il potere di fusione potesse essere dominato, potrebbe diventare una fonte di energia senza precedenti per l'umanità, ma anche i ricercatori più ottimisti non si aspettano una generazione di energia commerciale prima del 2030.