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 abbondante ed economica di energia. Ma altri avvertono che la base scientifica per una tale fonte di energia rimane in gran parte non provata e che enormi ostacoli tecnici si frappongono alle centrali elettriche commerciali.
Tutte le forme di fusione mantengono la promessa di energia quasi illimitata, pulita, di carico di base senza i problemi di possibile fusione e rifiuti di lunga durata che affliggono la fissione. Ma il protone-boro (p11B) la fusione porta 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, 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 reciproca repulsione dei nuclei - circa 100 milioni di kelvin. Ma le reazioni protone-boro richiedono condizioni ancora più estreme: circa 1.5 miliardi di kelvin.
Come gli autori dell'ultima ricerca spiegare in un articolo pubblicato in Nature Communications, maggiore è la temperatura di un plasma, più energia viene solitamente irradiata sotto forma di radiazione di sincrotrone e bremsstrahlung. Questo, sottolineano, rende più difficile generare più energia attraverso le reazioni di fusione di quanta sia necessaria per alimentare un reattore - un grosso problema quando è probabile che un impianto commerciale necessiti di un guadagno energetico di almeno 50 per superare le inefficienze nella generazione di energia processi.
Il nuovo lavoro è stato realizzato da Richard Magee e colleghi della società di fusione californiana Tecnologie TAE insieme agli scienziati del Istituto Nazionale per la Scienza della Fusione a Tokyo, 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 in atto: i protoni vengono sparati come fasci 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 esaurito che generava una corrente quando colpito da particelle alfa. È stato realizzato per evitare di registrare erroneamente i segnali dei raggi X e di altre radiazioni del plasma essendo angolato lontano dal plasma centrale e avendo le particelle alfa cariche indirizzate verso di esso dall'ampio 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, nonché effettuando alcuni colpi senza polvere di boro. Solo quando ebbero sia raggi neutri che polvere di boro ottennero un balzo nella produzione, il cui valore esatto diceva loro che stavano producendo circa 1012 reazioni di fusione al secondo, che concordavano con le simulazioni al computer.
Sfide da affrontare
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 USA-Giappone sostiene che è importante studiare la reazione dove alla fine verrebbe sfruttata, 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 per l'energia da fusione commerciale. L'azienda ha costruito una serie di reattori sempre più sofisticati per esplorare la fusione a configurazione di campo invertito, che comporta l'emissione di impulsi di plasma in una camera e il loro mantenimento magnetico in posizione ruotandoli. Nessuno dei dispositivi fino ad oggi ha dimostrato la fusione protone-boro - il suo attuale reattore "Norman" utilizza un plasma di idrogeno - ma l'azienda afferma che intende inviare elettricità alla rete da una centrale elettrica pilota protone-boro entro i primi anni '2030.
La pietra miliare dell'accensione del National Ignition Facility dà una nuova spinta alla fusione laser
Pietro Norreys, un fisico del plasma presso l'Università di Oxford nel Regno Unito, afferma che i ricercatori hanno svolto "un ottimo lavoro" nei loro esperimenti. Ma sostiene che la fusione protone-boro è ancora lontana dal rivaleggiare con le reazioni deuterio-trizio. Una potenziale complicazione, dice, è la necessità di descrizioni relativistiche della dinamica del plasma a temperature così elevate. Ritiene inoltre probabile che la radiazione di bremsstrahlung possa compromettere il confinamento del plasma erodendo le superfici interne di un reattore.
Anche gli scienziati del consorzio EUROfusion di Garching, in Germania, sono sorvegliati. Tony Donné, Hartmut Zohm e Volker Naulin hanno raccontato Mondo della fisica che la velocità di reazione osservata negli ultimi esperimenti è di circa dieci ordini di grandezza troppo piccola per essere utile per l'energia di fusione (tenendo conto della bassa densità di potenza del protone-boro).
Hanno "forti dubbi" sul fatto che sarà mai possibile ottenere i guadagni necessari per la produzione di energia commerciale, e avvertono che la radiazione di bremsstrahlung potrebbe in effetti essere così forte da superare la potenza necessaria per riscaldare e controllare il plasma, provocando il plasma a crollo.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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