Il Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti (DOE) e la sua National Nuclear Security Administration (NNSA) hanno annunciato che il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha ottenuto l’ignizione per la fusione e dicono che si tratta di «Un’importante svolta scientifica attesa da decenni che aprirà la strada a progressi nella difesa nazionale e il futuro dell’energia pulita».
Il Doe spiega che «Il 5 dicembre, un team del National Ignition Facility (NIF) di LLNL ha condotto il primo esperimento di fusione controllata della storia per raggiungere questo traguardo, noto anche come pareggio energetico scientifico, il che significa che ha prodotto più energia dalla fusione rispetto all’energia laser utilizzata per innescarla. Questo risultato storico, primo nel suo genere, fornirà capacità senza precedenti per supportare lo Stockpile Stewardship Program della NNSA e fornirà preziose informazioni sulle prospettive dell’energia da fusione pulita, che rappresenterebbe un punto di svolta per gli sforzi per raggiungere l’obiettivo del presidente Biden di un network per la net-zero carbon economy».
Come ricorda Esmé Stallard su BBC News, «La fusione nucleare è descritta come il “Santo Graal” della produzione di energia. E’ il processo che alimenta il Sole e le altre stelle.
Funziona prendendo coppie di atomi di luce e forzandoli insieme: questa “fusione” rilascia molta energia. E’ l’opposto della fissione nucleare, in cui gli atomi pesanti vengono divisi. La fissione è la tecnologia attualmente utilizzata nelle centrali nucleari, ma il processo produce anche molte scorie che continuano a emettere radiazioni per lungo tempo. Può essere pericoloso e deve essere conservato in modo sicuro. La fusione nucleare produce molta più energia e solo piccole quantità di scorie radioattive di breve durata. E, cosa importante, il processo non produce emissioni di gas serra e quindi non contribuisce al cambiamento climatico. Ma una delle sfide è che forzare e mantenere insieme gli elementi nella fusione richiede quantità molto elevate di temperatura e pressione. Fino ad ora, nessun esperimento era riuscito a produrre più energia di quanta ne è stata impiegata per farlo funzionare».
L’esperimento di LLNL ha superato la soglia di fusione fornendo 2,05 megajoule (MJ) di energia al target, dando come risultato 3,15 MJ di produzione di energia di fusione, dimostrando per la prima volta una base scientifica fondamentale per l’energia di fusione inerziale (IFE). Gli scienziati però avvertono che «Sono ancora necessari molti sviluppi scientifici e tecnologici avanzati per ottenere un IFE semplice ed economico per alimentare case e aziende». Uno di loro in conferenza stampa del DOE ha detto che ci vorranno «Decenni. Non 6 decenni, non 5, piuttosto penso 4». Quindi addirittura oltre il 2050, quando il mondo avrebbe già dovuto ridurre a zero le sue emissioni se vuole evitare una catastrofe climatica globale della quale ci sono già evidenti segni.
Rebecca Morelle Science Editor della BBC, aggiunge che «La quantità di energia che hanno generato in questo esperimento è minuscola, appena sufficiente per far bollire alcuni bollitori. Ma ciò che rappresenta è enorme. La promessa di un futuro alimentato dalla fusione è un passo avanti. Ma c’è ancora molta strada da fare prima che questo diventi realtà. Questo esperimento dimostra che la scienza funziona. Prima che gli scienziati possano anche solo pensare di ampliarlo, deve essere ripetuto, perfezionato e la quantità di energia che genera dovrà essere notevolmente aumentata. Questo esperimento è costato miliardi di dollari: la fusione non costa poco. Ma la promessa di una fonte di energia pulita sarà sicuramente un grande incentivo per superare queste sfide».
Attualmente, il DOE sta riavviando negli Usa un programma IFE coordinato e ad ampio raggio e assicura che «In combinazione con gli investimenti del settore privato, c’è molto slancio per guidare rapidi progressi verso la commercializzazione della fusione».
La fusione è il processo mediante il quale due nuclei leggeri si combinano per formare un singolo nucleo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia. Negli anni ’60, un gruppo di pionieristici scienziati del LLNL ipotizzò che i laser potessero essere usati per indurre la fusione in un ambiente di laboratorio. Portata avanti dal fisico John Nuckolls, che in seguito è stato direttore di LLNL, dal 1988 al 1994, questa idea rivoluzionaria è diventata la fusione a confinamento inerziale, dando il via a oltre 60 anni di ricerca e sviluppo in laser, ottica, diagnostica, fabbricazione di bersagli, modellazione e simulazione al computer, e progettazione sperimentale.
Per questo, l’LLNL ha costruito una serie di sistemi laser sempre più potenti, portando alla creazione di NIF, il sistema laser più grande ed energico del mondo, ospitato dal LLNL a Livermore, in California, che ha le dimensioni di uno stadio e utilizza potenti raggi laser per creare temperature e pressioni come quelle nei nuclei di stelle e pianeti giganti e all’interno di armi nucleari quando esplodono.
Il raggiungimento dell’ignizione è stato reso possibile grazie alla dedizione dello staff LLNL e di innumerevoli collaboratori del Los Alamos National Laboratory del DOE, dei Sandia National Laboratories e il Nevada National Security Site; Nevada National Security Site; General Atomics istituzioni accademiche, tra cui Il Laboratory for Laser Energetics dell’università di Rochester, il Massachusetts Institute of Technology, l’università della California – Berkeley e la Princeton University e partner internazionali come l’Atomic Weapons Establishment del Regno Unito e lil Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives francese; gli stakeholders del DOE e della NNSA e del Congresso
Secondo la segretaria all’energia Usa, Jennifer M. Granholm, «Questo è un risultato fondamentale per i ricercatori e lo staff della National Ignition Facility che hanno dedicato la loro carriera a vedere l’ignizione della fusione diventare una realtà, e questa pietra miliare stimolerà senza dubbio ancora più scoperte. 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, come fornire energia pulita per combattere il cambiamento climatico e mantenere un deterrente nucleare senza test nucleari».
Arati Prabhakar, consigliere capo del presidente Biden per la scienza e la tecnologia e direttore dell’ufficio della Casa Bianca per la politica scientifica e tecnologica, ha sottolineato che «Da oltre un secolo, abbiamo una comprensione teorica della fusione, ma il viaggio dal sapere al fare può essere lungo e arduo. La pietra miliare di oggi mostra cosa possiamo fare con la perseveranza».
L’amministratore della NNSA. Jill Hruby, ha aggiunto: «Grazie alle persone incredibili del Livermore Lab e della National Ignition Facility, lunedì 5 dicembre 2022 è stata una giornata storica per la scienza. Facendo questo passo avanti, hanno aperto un nuovo capitolo per lo Stockpile Stewardship della NNSA. Vorrei ringraziare i membri del Congresso che hanno sostenuto il National Ignition Facility perché la loro fede nella promessa della scienza visionaria è stata fondamentale per la nostra missione. Il nostro team proveniente dai laboratori nazionali del DOE e i nostri partner internazionali ci hanno mostrato il potere della collaborazione».
La direttrice del LLNL, Kim Budil, ha concluso: «La ricerca dell’ignizione della fusione in laboratorio è una delle sfide scientifiche più significative mai affrontate dall’umanità e raggiungerla è un trionfo della scienza, dell’ingegneria e, soprattutto, delle persone. Varcare questa soglia è la visione che ha guidato 60 anni di dedizione alla ricerca: un processo continuo di apprendimento, costruzione, espansione di conoscenze e capacità e quindi ricerca di modi per superare le nuove sfide emerse. Questi sono i problemi che i laboratori nazionali statunitensi sono stati creati per risolvere».
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