La fusione nucleare ad alto guadagno può essere realizzata in un contenitore cilindrico pre-riscaldato e immerso in forti campi magnetici, secondo una serie di simulazioni eseguite presso i Sandia National Laboratories. Le simulazioni mostrano che il rilascio di energia è stato molto più elevato della quantità di energia immessa nel contenitore. Il metodo sembra più efficiente di 50 volte rispetto all'uso di raggi-X, per guidare le implosioni dei materiali bersaglio e ottenere le condizioni di fusione. “Le persone non pensano che ci sia una opzione ad alto guadagno per la fusione inerziale magnetizzata (MIF), ma queste simulazioni numeriche mostrano che esiste”, ha detto il ricercatore Steve Slutz, autore principale del documento. “Ora dobbiamo vedere se la natura ci permetterà di farlo. In principio, non sappiamo perchè non potremmo”. La fusione ad alto guadagno significa ottenere più energia da un materiale, di quanta ne venga immessa. Inerziale significa la compressione in situ per nanosecondi di una piccola quantità di carburante. Tale fusione potrebbe produrre elettricità dall'acqua del mare, il materiale più disponibile sulla terra, piuttosto che da materiali usati con altri metodi: uranio, carbone, petrolio, gas, sole o vento. Nelle simulazioni, l'energia in uscita è stata di 100 volte superiore ai 60 milioni di ampere (MA) di corrente immessa. L'energia prodotta è cresciuta vertiginosamente con l'aumento della corrente: 1000 volte l'energia in entrata è il risultato raggiunto da un impulso di 70 MA.
Dato che la macchina Z di Sandia può concentrare un massimo di 26 MA su un obiettivo, i ricercatori sarebbero felici se ottenessero anche solo una piccola prova in cui la quantità di energia che lascia l'obiettivo eguagli la quantità di energia immessa nel carburante di deuterio-trizio. Questo non è mai stato raggiunto in laboratorio e sarebbe di valore per la scienza sulla fusione, ha detto Slutz. La fusione inerziale fornirebbe migliori dati per simulazioni più accurate delle esplosioni nucleari, che è importante perchè l'ultimo test degli USA risale al 1992. La tecnica MIF riscalda il carburante per la fusione (deuterio-trizio) tramite compressione come nella normale fusione inerziale, ma sfrutta un campo magnetico per sopprimere la perdita di calore durante l'implosione. Il campo magnetico agisce come una specie di doccia per evitare che le particelle cariche come elettroni e le particelle alfa lascino la festa troppo presto togliendo l'energia alla reazione. Il processo simulato si basa su un laser singolo e relativamente debole, che riscalda il gas di deuterio-trizio dentro il piccolo contenitore. Sopra e sotto il contenitore si trovano due bobine leggermente più grandi, che quando alimentate creano un campo magnetico che penetra nel contenitore, riducendo la perdita di energia dalle particelle cariche, che cercano di sfuggire attraverso le pareti. Viene creato un campo magnetico estremamente forte sulla superficie del contenitore, grazie ad una corrente elettrica separata e molto potente, generata da un acceleratore come quello della Z-machine. La forza di questo enorme campo magnetico spinge il contenitore verso il suo interno, per una frazione del suo diametro. Questo comprime anche il campo magnetico delle bobine. La combinazione è abbastanza potente da forzare il contatto fra gli atomi del carburante gassoso, che si fondono.
Il calore rilasciato da questa reazione, accresce la temperatura del carburante, tanto da incendiare uno strato del carburante di deuterio-trizio ghiacciato e più denso, che riveste l'interno del contenitore. Sono già in corso dei test con equipaggiamento fisico necessario, per verirficare le simulazioni al computer e i risultati dovrebbero arrivare nel 2013, ha detto l'ingegnere del Sandia, Dean Rovang. Porzioni del progetto verranno messe in test a Marzo e continueranno fino all'inverno, sono già stati eseguiti test preliminari delle bobine. Potenziali problemi potrebbero riguardare il controllo delle instabilità nel contenitore e nel campo magnetico, che possono incidere sulle condizioni essenziali per ottenere una utile implosione. “Qualsiasi saranno le difficoltà”, ha detto il manager Daniel Sinars, “vogliamo trovare la risposta alla proposta di Slutz (e del co-autore Roger Vesey): la fusione inerziale magnetizzata funziona? Lo dobbiamo al paese, capire quanto sia realistica questa possibilità”.
Il lavoro, riportato nel numero di Gennaio di Physical Review Letters, è stato supportato dal Sandia’s Laboratory Directed Research and Development office e dalla National Nuclear Security Administration.
Immagine: prototipo del MagLIF system, le bobine racchiudono l'obiettivo. (foto di Derek Lamppa)
Fonte: https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/z-fusion-energy-output/