Protone

Fisici negli Stati Uniti e in Giappone hanno osservato per la prima volta la fusione nucleare tra protoni e atomi di boro-11 in un plasma confinato magneticamente. Dicono che il risultato dimostra il potenziale della fusione protone-boro come fonte di energia abbondante ed economica. Ma altri avvertono che le basi scientifiche per una tale fonte di energia rimangono in gran parte non dimostrate e che enormi ostacoli tecnici si frappongono alla realizzazione di centrali elettriche commerciali.

Tutte le forme di fusione mantengono la promessa di un’energia di base quasi illimitata, pulita, senza i problemi di possibile fusione e di rifiuti a lunga vita che affliggono la fissione. Ma la fusione protone-boro (p11B) apporta un paio di virtù aggiuntive rispetto alle reazioni più tradizionali che coinvolgono gli isotopi dell’idrogeno deuterio e trizio.

Il boro può essere facilmente estratto mentre il trizio è raro sulla Terra e difficile da produrre artificialmente. Le reazioni protone-boro producono anche tre atomi di elio (particelle alfa) – la cui energia potrebbe in linea di principio essere convertita direttamente in elettricità – senza generare neutroni e riducendo così sostanzialmente la contaminazione radioattiva dei componenti del reattore.

Tuttavia, questi vantaggi hanno un prezzo. La stessa fusione deuterio-trizio richiede temperature enormi per superare la mutua repulsione dei nuclei – circa 100 milioni di Kelvin. Ma le reazioni protone-boro necessitano di condizioni ancora più estreme: circa 1,5 miliardi di Kelvin.

Come spiegano gli autori dell'ultima ricerca in un articolo pubblicato su Nature Communications, quanto più alta è la temperatura del plasma, tanto più energia viene solitamente irradiata sotto forma di radiazione di sincrotrone e di bremsstrahlung. Ciò, sottolineano, rende più difficile generare più energia attraverso le reazioni di fusione di quella necessaria per alimentare un reattore: un grosso problema quando è probabile che un impianto commerciale abbia bisogno di un guadagno energetico di almeno 50 per superare le inefficienze nella produzione di energia. processi.

Il nuovo lavoro è stato svolto da Richard Magee e colleghi della società californiana di fusione TAE Technologies insieme agli scienziati del National Institute for Fusion Science di Toki, in Giappone. I ricercatori hanno condotto i loro esperimenti sul Large Helical Device (LHD) dell'istituto, uno stellarator con il combustibile di fusione necessario già installato: i protoni vengono sparati come raggi neutri ad alta energia mentre la polvere di boro viene iniettata nel plasma per aiutare a ridurre le impurità.

TAE ha fornito il rilevatore, che si basava su un semiconduttore di silicio parzialmente impoverito che generava una corrente quando veniva colpito da particelle alfa. È stato realizzato per evitare di registrare erroneamente segnali provenienti da raggi X e altre radiazioni del plasma essendo angolato lontano dal plasma del nucleo e avendo le particelle alfa cariche guidate verso di esso dal grande campo magnetico dell'LHD.

I ricercatori hanno eseguito diverse dozzine di scatti sperimentali nel febbraio dello scorso anno. Hanno osservato le reazioni di fusione confrontando il segnale sul loro rilevatore prima e dopo l'accensione dei raggi neutri ed effettuando alcuni scatti senza polvere di boro. Solo quando avevano sia i raggi neutri che la polvere di boro hanno ottenuto un aumento della produzione – il cui valore esatto diceva loro che stavano producendo circa 1012 reazioni di fusione al secondo, in accordo con le simulazioni al computer.

Questa non è la prima dimostrazione della fusione protone-boro: gli scienziati l’hanno già osservata utilizzando acceleratori di particelle e potenti laser. Ma la collaborazione statunitense-giapponese sostiene che è importante studiare la reazione nel luogo in cui verrebbe infine sfruttata, ovvero all’interno di un plasma termonucleare confinato magneticamente. I ricercatori riconoscono che c'è ancora molto lavoro da fare, ma sono fiduciosi che TAE otterrà un guadagno energetico in uno dei suoi dispositivi.

In effetti, TAE afferma di essere sulla buona strada verso l’energia da fusione commerciale. L’azienda ha costruito una serie di reattori sempre più sofisticati per esplorare la fusione a configurazione invertita, che prevede l’invio di impulsi di plasma in una camera e il loro mantenimento in posizione magneticamente ruotandoli. Nessuno dei dispositivi finora ha dimostrato la fusione protone-boro – l’attuale reattore “normanno” che utilizza un plasma di idrogeno – ma l’azienda afferma che intende inviare elettricità alla rete da una centrale pilota protone-boro entro l’inizio degli anni ’30.