La Cina ha completato con successo i primi test del suo reattore a fissione nucleare, noto come “Sole artificiale” perché imita il processo di generazione di energia del Sole. La fissione nucleare è una tecnologia promettente che può produrre enormi quantità di energia pulita con pochissimi prodotti di scarto.
Il Sole della nostra galassia produce energia attraverso una reazione di fusione nucleare. All’interno del Sole, gli atomi di idrogeno si scontrano tra loro e si fondono a temperature estremamente elevate – circa 15 milioni di gradi centigradi – sotto un’enorme pressione gravitazionale. Ogni secondo, 600 milioni di tonnellate di idrogeno vengono fuse per creare elio. Durante questo processo, parte della massa degli atomi di idrogeno si trasforma in energia.
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Differenza tra Fusione nucleare e fissione nucleare
La fusione è una tecnologia nucleare in grado di produrre livelli molto elevati di energia senza generare grandi quantità di scorie nucleari e gli scienziati stanno cercando di perfezionarla da decenni. Attualmente l’energia nucleare si ottiene sotto forma di fissione, un processo opposto alla fusione (l’energia viene prodotta dividendo il nucleo di un atomo pesante in due o più nuclei di atomi più leggeri). La fissione è più facile da realizzare, ma genera scorie.
La fusione è una tecnologia nucleare che può produrre livelli molto elevati di energia senza generare grandi quantità di scorie nucleari.
HL-2M, il “Sole Artificiale
Come detto, di recente la Cina ha testato con successo il suo “sole artificiale”, un reattore a fusione nucleare che, se reso più sostenibile, potrebbe generare energia per molti anni a venire. La fusione è un processo molto costoso, ma i test cinesi potrebbero aiutare i ricercatori nella ricerca di modi per ridurre i costi.
La fusione è un processo molto costoso, ma i test condotti dalla Cina potrebbero aiutare i ricercatori a ridurre i costi.
Il “sole artificiale” cinese si chiama HL-2M, un reattore a fusione tokamak situato presso il Southwestern Institute of Physics (SWIP) di Chengdu, in Cina. Il reattore genera energia applicando potenti campi magnetici all’idrogeno per comprimerlo fino a creare un plasma che può raggiungere temperature di oltre 150 milioni di gradi Celsius, dieci volte più calde del nucleo del Sole, e generare enormi quantità di energia quando gli atomi si fondono insieme. Il plasma è contenuto con magneti e tecnologia di superraffreddamento.
HL-2M può raggiungere temperature di oltre 150 milioni di gradi Celsius, dieci volte superiori a quelle del nucleo del Sole.
Il primo plasma
Il reattore sperimentale a fusione HL-2M ha raggiunto il suo primo plasma il 4 dicembre 2020. Si tratta di un importante risultato scientifico nello sforzo globale di sviluppare forme di energia nucleare più sicure e pulite. Si prevede inoltre che rafforzerà notevolmente la ricerca e lo sviluppo di tecnologie chiave nella fisica del plasma in Cina.
Il progetto HL-2M è stato approvato dall’autorità cinese per l’energia nucleare, la China National Nuclear Corporation (CNNC). SWIP, che fa parte della CNNC, lo ha progettato e costruito.
La Cina fa parte del Progetto Internazionale Reattore Termonucleare Sperimentale (ITER)
La Cina fa parte del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). HL-2M offrirà un supporto tecnico fondamentale a questo progetto – che sta costruendo il proprio reattore tokamak – in aree di ricerca come l’instabilità del flusso e i fenomeni magnetici del plasma ad altissima temperatura.
L’obiettivo di ITER è determinare la fattibilità tecnologica ed economica della fusione nucleare a confinamento magnetico come fonte di energia su larga scala senza emissioni di CO2, anche se non produce ancora elettricità. Sarà il primo sito di fusione in grado di produrre energia netta e di mantenere il processo di fusione per lunghi periodi di tempo, oltre a testare i materiali e la tecnologia necessari. Si tratta di una fase precedente alla costruzione di un sito dimostrativo commerciale, che dovrebbe entrare in funzione entro il 2025.
ITER è in costruzione a Cadarache (sud della Francia). Si tratta di una collaborazione di 35 Paesi integrati nei sette membri principali: Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti.
Il Sole artificiale cinese ha appena battuto il record della fusione nucleare più lunga e duratura
Con un nuovo record mondiale, il progetto cinese di “sole artificiale” ha sostenuto una reazione di fusione nucleare per oltre 17 minuti. Nell’ultimo esperimento, il plasma surriscaldato ha raggiunto i 126 milioni di gradi Fahrenheit, ovvero circa cinque volte più caldo del sole, che irradia 10.000 gradi Fahrenheit in superficie e circa 27 milioni di gradi Fahrenheit nel suo nucleo.
Il carbone e il gas naturale sono le fonti energetiche primarie attualmente utilizzate nel mondo, ma questi materiali hanno una disponibilità limitata. La fusione nucleare potrebbe essere la fonte di energia più pulita disponibile perché riproduce la fisica del sole fondendo i nuclei atomici per generare grandi quantità di energia in elettricità. Il processo non richiede combustibili fossili, non lascia scorie radioattive ed è un’alternativa più sicura alla fissione nucleare.
“La recente operazione pone solide basi scientifiche e sperimentali per la realizzazione di un reattore a fusione“, ha dichiarato Gong Xianzu, ricercatore presso l’Istituto di fisica del plasma dell’Accademia delle scienze cinese.
L’Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) cinese è stato progettato per essere potenzialmente utilizzato come fonte quasi illimitata di energia pulita sulla Terra, come riporta l’agenzia di stampa Xinhua. Il reattore EAST, a forma di ciambella, viene definito un sole artificiale perché simula il processo di fusione all’interno delle stelle, come riporta Robert Lea per Newsweek.
Nel nucleo di una stella, l’intensa pressione e le alte temperature fondono i nuclei atomici, creando nuovi elementi, riferisce Michelle Star per Science Alert. Per ottenere la fusione nucleare, quattro atomi di idrogeno si combinano per formare un atomo di elio.
I tokamak come EAST utilizzano campi magnetici per confinare il plasma turbolento, a volte instabile, o il gas ionizzato, ad alte temperature in un percorso ad anello chiamato torus, secondo il Dipartimento dell’Energia. All’interno del tokamak, i laser riscaldano gli atomi di idrogeno pesante, come il deuterio e il trizio, fino a centinaia di milioni di gradi Fahrenheit, che è la soglia di temperatura in cui iniziano i processi di fusione nelle stelle. Il calore permette ai ricercatori di replicare l’intensa pressione gravitazionale all’interno del nucleo di una stella, riporta Newsweek. A queste alte temperature, i nuclei atomici all’interno di un tokamak inizieranno a fondersi e a rilasciare energia che potrà essere utilizzata per produrre energia elettrica.
Mantenere il plasma a temperature così intense senza perdite, tuttavia, si è rivelato estremamente impegnativo. Gli scienziati lavorano da oltre 70 anni per sfruttare l’energia della fusione nucleare. Inoltre, secondo Live Science, non è mai stato creato un reattore tokamak sperimentale che produca più energia di quella che utilizza, ma il successo della Cina con EAST suggerisce che i ricercatori si stanno avvicinando allo sfruttamento sostenibile dell’energia cosmica. In teoria, il deuterio può essere ottenuto dagli oceani della Terra; si stima che un litro di acqua marina abbia abbastanza materiale di fusione per produrre energia equivalente a 300 litri di benzina, riporta Newsweek.
Attualmente, il reattore cinese EAST viene utilizzato per testare la tecnologia di un reattore tokamak ancora più grande in costruzione in Francia. In una collaborazione tra 35 Paesi, il reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) sarà il più grande reattore nucleare del mondo. Al progetto partecipano Stati Uniti, Regno Unito, Cina, India e tutti gli Stati dell’Unione Europea, come riporta Live Science. Il reattore, che dovrebbe entrare in funzione nel 2025, ha anche il campo magnetico più potente del mondo, 280.000 volte più forte di quello terrestre.