Il progresso dell’energia da fusione americana: tutto ciò che devi sapere

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Martedì, il Dipartimento dell’Energia dovrebbe annunciare una pietra miliare tanto attesa nello sviluppo dell’energia da fusione nucleare: un guadagno netto di energia. Notizie, prima segnalate Financial Times e affermato da Il WashingtonPostLa comunità della fusione, che da tempo sostiene la tecnologia come un potenziale strumento di energia pulita per combattere il cambiamento climatico, potrebbe migliorare.

Ma quanto è importante il “guadagno netto di energia” in ogni caso – e cosa significa per le future centrali elettriche a fusione? Ecco cosa devi sapere.

Le centrali nucleari esistenti sono operative diviso – Divide gli atomi più pesanti per produrre energia. Durante la fissione, un neutrone si scontra con un atomo di uranio pesante, dividendolo in atomi più leggeri, rilasciando più calore ed energia allo stesso tempo.

La fusione, d’altra parte, funziona in modo opposto: combina due atomi (principalmente due atomi di idrogeno) insieme per formare un nuovo elemento (principalmente elio)., Allo stesso modo in cui le stelle creano energia. In questo processo, entrambi gli atomi di idrogeno perdono una piccola quantità di massa, che viene convertita in energia secondo la famosa equazione di Einstein, E=mc². Perché la velocità della luce Molto molto veloce – 300.000.000 metri al secondo – si perde anche una piccola quantità di massa e si guadagna una tonnellata di energia.

Che cos’è un “guadagno netto di energia” e in che modo i ricercatori l’hanno ottenuto?

A questo punto, i ricercatori sono riusciti a combinare con successo due atomi di idrogeno, ma ci vuole sempre più energia per reagire che per recuperarli. Il guadagno netto di energia – dove guadagnano più energia di quella prodotta dalla reazione – è l’inafferrabile Santo Graal della ricerca sulla fusione.

Ora, i ricercatori del National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory in California dovrebbero annunciare un guadagno netto di energia sparando laser contro gli atomi di idrogeno. 192 raggi laser comprimono gli atomi di idrogeno fino a 100 volte la densità del piombo e li riscaldano a circa 100 milioni di gradi Celsius. L’alta densità e la temperatura legano insieme gli atomi in elio.

Sono allo studio altri metodi che prevedono l’uso di magneti per controllare il plasma surriscaldato.

“Se questo è ciò che ci aspettiamo, è come un momento di Kitty Hawk per i fratelli Wright”, ha affermato Melanie Windridge, fisica del plasma e CEO di Fusion Energy Insights. “È come un aereo che decolla.”

Questo significa che l’energia da fusione è pronta per la prima serata?

No. Gli scienziati si riferiscono all’attuale progresso come “guadagno scientifico netto di energia”, il che significa che dalla reazione è uscita più energia di quella immessa dal laser. Questo è il più grande traguardo mai raggiunto.

Ma questo è solo un guadagno netto di energia a livello micro. Secondo Troy Carter, fisico del plasma presso l’Università della California, a Los Angeles, i laser utilizzati nel laboratorio di Livermore sono efficienti solo all’1%. Ciò significa che per far funzionare i laser occorre circa 100 volte più energia di quanta ne possano fornire gli atomi di idrogeno.

Quindi i ricercatori devono ancora ottenere un “guadagno energetico netto ingegnerizzato”, altrimenti l’intero processo richiede meno energia di quella rilasciata dalla reazione. Devono anche capire come convertire l’energia rilasciata, attualmente sotto forma di energia cinetica da nuclei di elio e neutroni, in una forma utilizzabile per l’elettricità. Può essere fatto trasformandolo in calore, riscaldando il vapore e girando la turbina per far funzionare il generatore. Questo processo ha anche limiti di prestazioni.

Ciò significa che il guadagno di energia deve essere spinto molto più in alto affinché la fusione sia realmente redditizia dal punto di vista commerciale.

Al momento, i ricercatori possono eseguire solo una reazione di fusione al giorno. Nel frattempo, devono consentire ai laser di raffreddarsi e cambiare l’obiettivo del carburante di fusione. Un impianto commercialmente valido dovrebbe farlo più volte al secondo, afferma Dennis White, direttore del Center for Plasma Science and Fusion al MIT. “Una volta che hai credibilità scientifica, devi trovare credibilità ingegneristica”, ha detto.

Quali sono i vantaggi dell’affiliazione?

Le possibilità di fusione sono enormi. La tecnologia è molto più sicura dell’energia nucleare diviso, poiché la fusione non può produrre reazioni fuori controllo. Non produce sottoprodotti radioattivi da immagazzinare o emissioni nocive di carbonio; È semplicemente elio inerte e produce un neutrone. Ed è improbabile che restiamo senza carburante: il carburante per la fusione sono solo atomi di idrogeno pesanti, che si trovano nell’acqua di mare.

Quando la fusione alimenterà davvero le nostre case?

Questa è la domanda da un trilione di dollari. Per decenni, gli scienziati hanno scherzato dicendo che la fusione è sempre lontana 30 o 40 anni; Nel corso degli anni, i ricercatori hanno variamente previsto che gli impianti di fusione saranno operativi negli anni ’90, 2000, 2010 e 2020. Gli attuali esperti di fusione sostengono che non è una questione di tempo, ma di volontà: se i governi e i donatori privati ​​finanziano attivamente la fusione, affermano che un prototipo di centrale elettrica a fusione potrebbe essere disponibile negli anni ’30.

“La sequenza temporale non è davvero una questione di tempismo”, ha detto Carter. “È una questione di innovazione e di prendere l’iniziativa”.

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