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in foto: credit: Lawrence Livermore National Security

I ricercatori del National Ignition Facility (NIF) in California hanno raggiunto un importantissimo traguardo nel campo della fusione nucleare, riuscendo a produrre 1,5 PW (petawatt), cioé un milione e mezzo di miliardi di watt! È un numero a 15 zeri!
Al di là del singolo numero, però, la cosa davvero importante è che per la prima volta la quantità di energia prodotta è molto vicina a quella spesa per innescare la reazione di fusione. Il test è stato condotto lo scorso anno e i risultati ottenuti sono stati recentemente riportati in due importanti studi pubblicati su Nature e Nature physics.

Ma come è stato condotto questo test? E quali risultati ha permesso di ottenere?

Come è stato svolto il test?

Partiamo col dire che, per innescare il processo di fusione nucleare, sono necessarie temperature altissime. Queste possono essere raggiunte in diversi modi e, in questo caso, la metodologia scelta è quella del "confinamento inerziale". In cosa consiste?

Il meccanismo si basa sull'utilizzo di un potentissimo laser puntato contro una capsula, al cui interno è presente una miscela di deuterio e trizio (cioè due isotopi dell'idrogeno). Più nel dettaglio, questa capsula contenente idrogeno è a base di diamante e, a sua volta, è inserita all'interno di uno speciale cilindro costituito da uranio impoverito e oro, chiamato hohlraum.

Quando l'esperimento viene avviato, 192 laser colpiscono l'hohlraum, come si vede nel tweet qui sopra. Questo recipiente cilindrico è in grado a sua volta di concentrare i raggi verso la capsula di idrogeno che, a causa di tutta quell'energia assorbita, si espande rapidamente – parliamo di velocità tra i 350 e i 400 km al secondo! La sua espansione, di coneguenza, comporta una rapida compressione dello spazio al suo interno, permettendo all'idrogeno in essa contenuta di raggiungere pressioni e temperature, attorno ai 100 milioni di gradi Celsius (quindi più caldo del nucleo del Sole)!
Queste condizioni estreme innescano la formazione di un gas elettricamente carico detto "burning plasma". Quando ciò viene raggiunto, vuol dire che la reazione di fusione produce più energia di quella che è stata necessaria per azionarla.

I risultati ottenuti

Il test ha permesso di ottenere risultati sbalorditivi. Consideriamo che i laser avevano una potenza di circa 1,9 milioni di joule e che gran parte di questa energia (circa il 92-95%) è stata assorbita dalla capsula nella fase di espansione. La parte rimanente è riuscita comunque ad avviare la reazione di fusione che, complessivamente, ha prodotto 1,35 milioni di joule.

Certo, al netto di tutto, l'energia prodotta è pari circa al 70% di quella immessa, ma l'aspetto interessante è che la fusione di per sé, per la prima volta, ha generato più energia di quella che è stata necessaria per innescarla. Queste la parole di Annie Kricher, l'autrice principale di uno dei due studi.

Negli esperimenti che abbiamo condotto, per la prima volta in una struttura per la ricerca sulla fusione, è stato ottenuto uno stato di burning plasma che ha emesso più energia tramite la fusione di quella richiesta per iniziare la reazioni di fusione stessa.

Si tratta di risultati molto incoraggianti che permetteranno di studiare più nel dettaglio la fisica del plasma e la fusione nucleare nei mesi e negli anni a venire.

Bibliografia

Kritcher, A.L., Young, C.V., Robey, H.F. et al. Design of inertial fusion implosions reaching the burning plasma regime. Nat. Phys. (2022).
Zylstra, A.B., Hurricane, O.A., Callahan, D.A. et al. Burning plasma achieved in inertial fusion. Nature 601, 542–548 (2022). 

Articolo a cura di
Stefano Gandelli