I ricercatori sulla fusione trovano un modo più sicuro ed efficace per creare una stella sulla Terra

Da SciTechDaily23 dicembre 2019

Gli scienziati hanno scoperto che l’aspersione di un tipo di polvere nel plasma potrebbe consentire a un impianto tokamak di sfruttare il gas ultra caldo per generare calore ed energia senza emissioni di gas serra o rifiuti radioattivi a lungo termine.

A major issue with operating ring-shaped fusion facilities known as tokamaks is keeping the plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">plasma that fuels fusion reactions free of impurities that could reduce the efficiency of the reactions. Now, scientists at the U.S. Department of Energy’s (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPLThe U.S. Department of Energy’s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) is a collaborative national laboratory for plasma physics and nuclear fusion science. Its primary mission is research into and development of fusion as an energy source for the world." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">PPPL) hanno scoperto che l'aspersione di un tipo di polvere nel plasma potrebbe aiutare a sfruttare il gas ultra caldo all'interno di un impianto tokamak per produrre calore per creare elettricità senza produrre gas serra o rifiuti radioattivi a lungo termine.

La fusione, la potenza che muove il sole e le stelle, combina elementi leggeri sotto forma di plasma – lo stato caldo e carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici – che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per ottenere una fornitura praticamente inesauribile di energia per generare elettricità.

Il fisico del PPPL Robert Lunsford ha completato una ricerca dimostrando che l'iniezione di polvere di boro nel plasma di fusione può aiutare le reazioni di fusione. Crediti: Elle Starkman / Ufficio delle comunicazioni PPPL

"L'obiettivo principale dell'esperimento era vedere se potevamo depositare uno strato di boro utilizzando un iniettore di polvere", ha affermato il fisico del PPPL Robert Lunsford, autore principale dell'articolo che riporta i risultati di Nuclear Fusion. "Finora l'esperimento sembra aver avuto successo."

Il boro impedisce a un elemento noto come tungsteno di fuoriuscire dalle pareti del tokamak nel plasma, dove può raffreddare le particelle del plasma e rendere meno efficienti le reazioni di fusione. Uno strato di boro viene applicato alle superfici rivolte verso il plasma in un processo noto come “boronizzazione”. Gli scienziati vogliono mantenere il plasma il più caldo possibile – almeno dieci volte più caldo della superficie del sole – per massimizzare le reazioni di fusione e quindi il calore necessario per creare elettricità.

L'uso della polvere per fornire la boronizzazione è anche molto più sicuro rispetto all'uso di un gas di boro chiamato diborano, il metodo utilizzato oggi. "Il gas diborano è esplosivo, quindi tutti devono lasciare l'edificio che ospita il tokamak durante il processo", ha detto Lunsford. “D’altra parte, se potessi semplicemente far cadere un po’ di polvere di boro nel plasma, sarebbe molto più facile da gestire. Mentre il gas diborano è esplosivo e tossico, la polvere di boro è inerte”, ha aggiunto. “Questa nuova tecnica sarebbe meno invasiva e sicuramente meno pericolosa”.

Un altro vantaggio è che mentre i fisici devono fermare le operazioni del tokamak durante il processo del gas boro, la polvere di boro può essere aggiunta al plasma mentre la macchina è in funzione. Questa caratteristica è importante perché per fornire una fonte costante di elettricità, i futuri impianti di fusione dovranno funzionare per periodi di tempo lunghi e ininterrotti. "Questo è un modo per arrivare a una macchina di fusione stazionaria", ha detto Lunsford. "Puoi aggiungere più boro senza dover spegnere completamente la macchina."

Ci sono altri motivi per utilizzare un contagocce per rivestire le superfici interne di un tokamak. Ad esempio, i ricercatori hanno scoperto che l’iniezione di polvere di boro ha lo stesso vantaggio dell’immissione di azoto nel plasma: entrambe le tecniche aumentano il calore al bordo del plasma, il che aumenta la capacità del plasma di rimanere confinato all’interno dei campi magnetici.