Il 2022 ha visto, a distanza di alcuni mesi, due annunci importanti nel campo della ricerca sulla fusione nucleare.
Il 9 febbraio l'impianto sperimentale Joint European Torus (JET), situato in Gran Bretagna, ha stabilito il record di energia registrata (59 megajoules) grazie alla fusione tra atomi, il processo che alimenta il Sole.
In dicembre gli USA hanno annunciato una svolta storica: nella struttura sperimentale National Ignition Facility, che si trova in California presso il Lawrence Livermore National Laboratory, per la prima volta l'energia prodotta è stata superiore a quella assorbita dalla materia per innescare il processo di fusione.
Con Massimo Nocente, professore di Fisica sperimentale presso il Dipartimento di Fisica "Giuseppe Occhialini" dell'Università di Milano-Bicocca, approfondiamo lo stato della ricerca internazionale, analizzando le ultime conquiste e rivolgendo uno sguardo al futuro per scorgere i prossimi obiettivi nel campo della fusione nucleare.
Professor Nocente, ci aiuta a capire significato e portata di questi risultati? In cosa si differenziano?
Partiamo dal recente annuncio statunitense e diciamo subito che per la prima volta siamo di fronte ad un regime mai registrato in precedenza: con un processo di fusione, il plasma ha prodotto più energia di quella assorbita.
L'esperimento svolto al JET nei pressi di Oxford, invece, non ha generato più energia di quella necessaria al sistema ma è opportuno precisare che non era un'operazione finalizzata in tal senso. Il risultato atteso era diverso, ovvero si voleva dimostrare che era possibile accendere e mantenere il processo di fusione per la durata massima (5 secondi) consentita dalla tecnologia attuale. Una conferma attesa e necessaria per il passaggio al prossimo stadio della tecnologia. Il JET si attesta come valido banco di prova del suo successore ITER, attualmente in costruzione in Francia.
Si tratta di tecnologie diverse?
Il risultato statunitense è il frutto di un esperimento condotto utilizzando una tecnologia a confinamento inerziale: in questo caso il processo di fusione viene innescato da laser ad alta potenza che comprimono la materia su tempi scala di qualche miliardesimo di secondo.
Il JET è stato progettato e costruito nell'ambito del programma europeo di ricerca sulla fusione: si tratta di un tokamak, un impianto a confinamento magnetico che innesca la fusione producendo temperature altissime.
La fusione viene definita energia pulita. Cosa significa?
Fusione e fissione non emettono anidride carbonica perché entrambe non sono processi di combustione. Sul versante delle scorie esiste una differenza sostanziale.
La fissione produce scorie che presentano un tempo di decadimento lunghissimo dal momento che per migliaia di anni i relativi contenitori devono resistere in condizioni stabili, in siti opportunamente identificati. Un'eredità pesante per le future generazioni.
Le scorie della fusione presentano tempi di decadimento di poche decine d'anni, pertanto la loro gestione risulta enormemente più semplice: trascorso questo lasso di tempo in condizioni di sicurezza, il materiale è recuperabile. Aggiungiamo che in presenza di imprevisti il processo di fusione, per la sua complessità, non si autoalimenta ma tende spontaneamente a spegnersi, azzerando così il rischio di incidenti.
Concentriamoci sulla roadmap europea nel campo della fusione: un progetto lungo, ad alto livello di complessità per tempi di realizzazione e investimenti ingenti.
La ricerca in Europa è gestita dal consorzio Eurofusion che ottimizza e coordina gli sforzi per realizzare un reattore a fusione nucleare. Nel progetto ITER sono coinvolte anche varie nazioni extraeuropee.
Abbiamo visto che gli esperimenti, come quello del 9 febbraio, servono da un lato per confermare e consolidare il percorso, dall'altro per dettagliare e aggiustare il tiro sulle prossime tappe già programmate: ITER e DEMO. Ci spiega meglio i risultati attesi?
ITER dovrà dimostrare non solo di produrre più energia termica di quella prodotta in California ma anche di poter sostenere il processo di fusione per una durata temporale decisamente più lunga. Si tratterà ancora di un esperimento prettamente scientifico.
Con DEMO, un prototipo di reattore a fusione nucleare, si passerà ad una realtà anche di interesse commerciale, probabilmente meno internazionale e più localizzata: singole nazioni o continenti potrebbero volere costruire il proprio DEMO. Non sarà più sufficiente generare calore, come ITER, ma bisognerà amplificare l'energia, convertendola in elettricità a costi economicamente sostenibili. L'energia elettrica prodotta dovrà essere conveniente. Alcuni aspetti progettuali di DEMO dipenderanno dagli esiti di ITER.
Premesso che il viaggio verso la fusione non è privo di possibili ritardi, considerato appunto il livello di estrema complessità, bisogna sempre sottolineare che, fino ad ora, i risultati della ricerca hanno costantemente confermato le ipotesi e i risultati attesi sia in campo scientifico sia sul versante tecnologico: è un dato fondamentale perché garantisce stabilità, controllo e sicurezza al progetto complessivo, rendendo concretamente fondate le aspettative di successo per il risultato finale.
In base alla sua esperienza di docente, gli studenti di Fisica come hanno vissuto le recenti scoperte?
Presso il Dipartimento di Fisica si tengono corsi di Fisica dei plasmi, nel corso dei quali si spiega, tra i vari argomenti, anche il comportamento dei plasmi all'interno di un reattore. Ovviamente vengono discussi anche i risultati di questi esperimenti. A novembre da parte degli studenti è arrivata la richiesta di approfondimento mirato ed è stato quindi predisposto un seminario dedicato che ha trattato anche le opportunità professionali in questo campo. Avviciniamo gli studenti al mondo della ricerca: servono l'entusiasmo e le idee dei giovani ricercatori. Siamo in un momento in cui la trasmissione della conoscenza ricopre un ruolo fondamentale: pensiamo che la ricerca sulla fusione per la produzione di energia in modo controllato ha avuto inizio negli anni '50 e che la realizzazione di reattore commerciale si stima intorno al 2050. Si spera non troppo oltre. Un arco di tempo così lungo che evidenzia l'importanza di passare il testimone della conoscenza da una generazione di ricercatori all'altra.
