La prima fusione nucleare controllata della storia è diventata realtà

Il sogno lungamente inseguito dagli scienziati (e dai politici) di tutto il mondo è finalmente realtà.
Il Dipartimento dell’Energia e l’Amministrazione per la Sicurezza Nucleare Nazionale degli Stati Uniti hanno infatti annunciato martedì 14 dicembre la prima attivazione in assoluto di un processo di fusione nucleare, avvenuto in realtà qualche giorno prima presso il Lawrence Livermore National Laboratory nell’omonima località della California.
Si tratta di un’importante scoperta scientifica, che i ricercatori stavano perseguendo da decenni e che aprirà la strada ai progressi e a un futuro energetico più pulito e sostenibile.

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Il “pareggio energetico scientifico” è stata la “pietra filosofale” inseguita dai ricercatori

Il 5 dicembre un team della National Ignition Facility (NIF) del LLNL ha infatti condotto il primo esperimento di fusione controllata della storia e raggiunto una vera e propria pietra miliare, nota anche come “pareggio energetico scientifico”.
Esso comporta che da un processo di fusione sia prodotta più energia rispetto a quella di tipo laser utilizzata per innescarlo.
Questo risultato, unico nel proprio genere, fornirà una capacità energetica senza precedenti a sostegno del programma di gestione delle scorte governative americane in primis, ma garantirà anche preziose informazioni sulle prospettive dell’energia pulita da fusione, che cambierebbe le carte in tavola della politica mondiale, anche in relazione all’obiettivo della Presidenza di Joe Biden di ottenere un’economia a zero emissioni di carbonio.

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Kim Budil: “Un trionfo della scienza, dell’ingegneria e, soprattutto, delle persone”

“Il perseguimento dell’accensione di fusione in laboratorio è una delle sfide scientifiche più significative mai affrontate dall’umanità e il suo raggiungimento è un trionfo della scienza, dell’ingegneria e, soprattutto, delle persone”, ha dichiarato il direttore del Lawrence Livermore National Laboratory, Kim Budil.
“Varcare questa soglia significa concretizzare la visione che ha guidato sessant’anni di impegno: un processo continuo di apprendimento, costruzione, espansione delle conoscenze e delle capacità, unite alle skills vere e proprie di chi trovava sempre il modo di superare le nuove sfide emergenti e gli ostacoli che si frapponevano. Sono questi i problemi da risolvere per i quali i laboratori nazionali statunitensi sono stati creati”.

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2,05 MegaJoule di energia al bersaglio e 3,15 MJ di energia di fusione di ritorno

L’esperimento del LLNL ha superato una soglia critica, fornendo 2,05 MegaJoule (MJ) di energia al bersaglio, una pallina di combustibile, con un risultato di 3,15 MJ di energia di fusione di ritorno, dimostrando per la prima volta una base scientifica fondamentale per l’energia di fusione inerziale, in sigla IFE.
Sono ancora necessari molti sviluppi scientifici e tecnologici avanzati per ottenere un’IFE semplice e accessibile a tutti e per l’alimentazione di case e aziende, ma il Dipartimento dell’Energia sta attualmente riavviando un programma sull’energia di fusione inerziale ampio e coordinato in tutti gli Stati Uniti d’America.
Insieme agli investimenti del settore privato, c’è infatti un grande slancio pubblico per guidare un rapido progresso verso la commercializzazione della fusione.

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Due nuclei leggeri combinati per formarne uno pesante e l’idea di John Nuckolls

La fusione è il processo attraverso il quale due nuclei leggeri si combinano per formare un unico nucleo più pesante, liberando una grande quantità di energia.
Negli Anni 60, un gruppo di scienziati pionieri del LLNL ipotizzò che i laser potessero essere utilizzati per indurre la fusione in laboratorio.
Guidata dal fisico John Nuckolls, che in seguito fu direttore del Lawrence Livermore National Laboratory dal 1988 al 1994, questa idea rivoluzionaria è diventata la fusione a confinamento inerziale, che ha dato il la a oltre sei decenni di ricerca e sviluppo in materia di laser, ottica, diagnostica, fabbricazione di bersagli, modellazione e simulazione al computer nonché progettazione sperimentale.

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192 fasci laser e oltre 2 milioni di Joule di energia ultravioletta convertiti in Raggi X

Nella camera del bersaglio della National Ignition Facility dello LLNL, 192 fasci laser hanno erogato più di 2 milioni di Joule di energia ultravioletta a una minuscola pallina di combustibile per determinare l’innesco della fusione nucleare.
Per riuscirci, il 5 dicembre 2022 l’energia laser della National Ignition Facility è stata convertita in raggi X all’interno dell’hohlraum, nell’alveo del quale essi hanno compresso la capsula di carburante fino a farla implodere, creando un plasma ad alta temperatura e alta pressione
Nella termodinamica della radiazione, un hohlraum è una cavità le cui pareti sono in equilibrio radiativo con l’energia radiante all’interno della cavità.
Questa cavità idealizzata può essere approssimata in concreto praticando una piccola perforazione nella parete di un contenitore cavo di qualsiasi materiale opaco.
Il risultato ottenuto negli USA è particolarmente notevole perché il NIF ha utilizzato un bersaglio meno sfericamente simmetrico rispetto a quello dell’analogo esperimento dell’agosto 2021.

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Uno screenshot del filmato di presentazione della fusione nucleare controllata a Livermore: la sede della National Ignition Facility in California
(Foto: National Ignition Facility/Lawrence Livermore National Laboratory)

Temperature e pressioni simili a quelle delle stelle nello spazio di uno stadio: è il NIF

Per perseguire questo concetto, il LLNL ha costruito una serie di sistemi laser sempre più potenti, che hanno portato alla creazione del National Ignition Facility, il sistema laser più grande e più energetico del mondo.
Il NIF, situato presso il Lawrence Livermore National Laboratory, in California, ha le dimensioni di uno stadio sportivo e utilizza potenti fasci laser per creare temperature e pressioni simili a quelle presenti nei nuclei delle stelle e dei pianeti giganti e all’interno degli ordigni nucleari che esplodono.

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Un parterre de roi di collaborazioni in America così come in Inghilterra e in Francia

Il raggiungimento dell’accensione è stato possibile grazie alla dedizione dei dipendenti del LLNL e degli innumerevoli collaboratori del Los Alamos National Laboratory del DOE, dei Sandia National Laboratories e del Nevada National Security Site, della General Atomics, a numerose istituzioni accademiche (tra cui il Laboratory for Laser Energetics dell’Università di Rochester, il Massachusetts Institute of Technology, l’Università della California, Berkeley e l’Università di Princeton), a partner internazionali, tra cui l’Atomic Weapons Establishment del Regno Unito e la Commissione Francese per le Energie Alternative e l’Energia Atomica, nonché a persone genuinamente interessate e dotate di buona volontà presso il DOE e l’NNSA governativi e il Congresso degli USA.

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La soddisfazione della Casa Bianca secondo Jennifer Granholm e Arati Prabhakar

“Questo è un risultato fondamentale per i ricercatori e il personale della National Ignition Facility, che hanno dedicato la loro carriera a far sì che l’accensione della fusione diventasse una realtà: una pietra miliare che darà senza dubbio il via a ulteriori scoperte”, ha dichiarato il Segretario all’Energia, Jennifer M. Granholm.
“L’Amministrazione Biden-Harris è impegnata a sostenere i nostri scienziati di livello mondiale, come il team del NIF, il cui lavoro ci aiuterà a risolvere i problemi più complessi e urgenti dell’umanità, quali la fornitura di energia pulita per combattere il cambiamento climatico e il mantenimento di un deterrente nucleare senza test nucleari”.
“Abbiamo una comprensione teorica della fusione da oltre un secolo, ma il viaggio che separava il dire dal fare può essere lungo e arduo. E così è stato. La storica conquista di oggi dimostra che cosa possiamo fare con la perseveranza”, ha dichiarato la dottoressa Arati Prabhakar, consigliere capo del Presidente per la Scienza e la Tecnologia e Direttrice dell’Ufficio della Politica Scientifica e Tecnologica della Casa Bianca.

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Charles Schumer: “624 milioni di dollari grazir al National Defense Authorization Act”

“Questo sorprendente progresso scientifico ci pone sull’orlo di un futuro non più dipendente dai combustibili fossili, ma alimentato dalla nuova energia pulita della fusione”, ha dichiarato il leader della maggioranza del Senato degli Stati Uniti, Charles Schumer, eletto nello Stato di New York con il Partito Democratico.
“Mi congratulo con il Lawrence Livermore National Labs e con i suoi partner del programma nazionale di fusione a confinamento inerziale o ICF, tra cui il Lab for Laser Energetics dell’Università di Rochester a New York, per aver raggiunto un simile risultato. Per realizzare un mondo fatto di energia pulita sarà necessario in futuro che i fisici, i lavoratori innovativi e le menti più brillanti delle nostre istituzioni finanziate dal DOE, tra cui il Rochester Laser Lab, raddoppino il loro lavoro all’avanguardia”.
Infine, “per questo motivo sono orgoglioso di annunciare nell’occasione che ho contribuito a garantire la più alta autorizzazione di sempre, corrispondenti a oltre 624 milioni di dollari, nell’ambito del National Defense Authorization Act per il programma ICF, al fine di sviluppare ulteriormente questa straordinaria scoperta”.

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