Fusione nucleare: il canto del cigno del Jet ha prodotto energia record

I successi del Jet che chiude e i ritardi e i costi colossali di ITER. La fusione rischia di arrivare troppo tardi

[9 Febbraio 2024]

La fusione nucleare è il processo che alimenta le stelle e gli scienziati ritengono che potrebbe produrre grandi quantità di energia senza riscaldare la nostra atmosfera. Il Joint European Torus (JET), una delle macchine a fusione più grandi e potenti del mondo, è un tokamak, un progetto che utilizza potenti campi magnetici per confinare un plasma a forma di ciambella. La maggior parte degli approcci alla creazione di fusione commerciale favoriscono l’uso di due varianti dell’idrogeno: deuterio e trizio. Quando il deuterio e il trizio si fondono insieme producono elio e grandi quantità di energia, una reazione che costituirà la base delle future centrali elettriche a fusione.

L’esperimento finale del JET, arrivato dopo oltre 40 anni di ricerca sulla fusione, ha dimostrato la capacità di generare in modo affidabile energia da fusione, stabilendo allo stesso tempo un record mondiale nella produzione di energia e al JET dicono che «Questi notevoli risultati rappresentano una pietra miliare significativa nel campo della scienza e dell’ingegneria della fusione. Negli esperimenti finali sul deuterio-trizio del JET (DTE3), un’elevata potenza di fusione è stata prodotta costantemente per 5 secondi, risultando in un record rivoluzionario di 69 megajoule utilizzando solo 0,2 milligrammi di carburante».

Fernanda Rimini, senior exploitation manager del JET, ha dichiarato: «Possiamo creare in modo affidabile plasmi di fusione utilizzando la stessa miscela di carburante che verrà utilizzata dalle centrali elettriche commerciali per l’energia da fusione, dimostrando le competenze avanzate sviluppate nel tempo».

Ambrogio Fasoli, program manager (CEO) di EUROfusion, ha sottolineato che «La nostra riuscita dimostrazione di scenari operativi per le future macchine da fusione come ITER e DEMO, convalidati dal nuovo record energetico, infondono maggiore fiducia nello sviluppo dell’energia da fusione. Oltre a stabilire un nuovo record, abbiamo ottenuto risultati mai raggiunti prima e abbiamo approfondito la nostra comprensione della fisica della fusione».

Secondo Emmanuel Joffrin, leader della task force EUROfusion tokamak exploitation del CEA, «Non solo abbiamo dimostrato come attenuare l’intenso calore che scorre dal plasma allo scarico, ma in JET abbiamo anche mostrato come possiamo portare il bordo del plasma in uno stato stabile evitando così esplosioni di energia che raggiungono la parete. Entrambe le tecniche hanno lo scopo di proteggere l’integrità delle pareti delle future macchine. Questa è la prima volta che siamo in grado di testare questi scenari in un ambiente di deuterio-trizio».

A questi esperimenti fondamentali hanno contribuito oltre 300 scienziati e ingegneri di EUROfusion, un consorzio di ricercatori europei che lavoravano al sito dell’Atomic Energy Authority del Regno Unito (UKAEA) di Culham, a Oxford – anche se JET era finanziato prevalentemente dal programma di ricerca nucleare dell’UE, Euratom – e il ministro britannico per il nucleare e le reti, Andrew Bowie, si è congratulato con loro: «L’esperimento finale di fusione del JET è un perfetto canto del cigno dopo tutto il lavoro innovativo svolto nel progetto dal 1983. Grazie al team internazionale di scienziati e ingegneri dell’Oxfordshire, siamo più vicini che mai all’energia da fusione. Il lavoro non si ferma qui. Il nostro programma Fusion Futures ha impegnato 650 milioni di sterline da investire in ricerca e strutture, consolidando la posizione del Regno Unito come hub globale della fusione».

Ma il ruolo futuro del Regno Unito nella ricerca europea sulla fusione non è chiaro: dopo la Brexit il Regno Unito è stato escluso dal programma Euratom e nel 2023 il governo conservatore ha deciso di non rientrarvi.

Il JET ha concluso le sue operazioni scientifiche alla fine di dicembre 2023 e Sir Ian Chapman, CEO dell’UKAEA, ha ricordato che «JET ha operato il più vicino possibile alle condizioni delle centrali elettriche con le strutture odierne, e la sua eredità sarà pervasiva in tutte le future centrali elettriche. Ha un ruolo fondamentale nell’avvicinarci a un futuro sicuro e sostenibile».

I risultati della ricerca JET hanno implicazioni critiche non solo per ITER – un megaprogetto di ricerca sulla fusione nucleare in costruzione nel sud della Francia – ma anche per il prototipo britannico STEP, la centrale elettrica dimostrativa europea, DEMO, e altri progetti globali sulla fusione, che perseguono un futuro di energia sicura, low-carbon e sostenibile. ITER avrebbe dovuto iniziare a funzionare nel 2016 e costare circa 5 miliardi di euro, ma da allora il suo prezzo è quasi quadruplicato e il suo avvio è stato posticipato al 2025 ed  esperimenti su vasta scala non sono previsti almeno fino al 2035.

Il governo britannico non ha fornito nessuna motivazione per la decisione di non rientrare nell’Euratom, ma si ritiene che i ritardi con ITER abbiano avuto un ruolo e un portavoce del Department of energy security and net zero nel 2023 confermò che «Dati i ritardi nell’associazione e la direzione di viaggio di questi programmi dell’Ue, un approccio alternativo offre al Regno Unito la migliore opportunità per realizzare la nostra strategia di fusione».

Il direttore generale di ITER, Pietro Barabaschi, ha commentato: «Durante tutto il suo ciclo di vita, JET è stato straordinariamente utile come precursore di ITER: nella sperimentazione di nuovi materiali, nello sviluppo di nuovi componenti innovativi e soprattutto nella generazione di dati scientifici dalla fusione deuterio-trizio. I risultati ottenuti qui avranno un impatto diretto e positivo su ITER, convalidando la strada da seguire e consentendoci di progredire più rapidamente verso i nostri obiettivi prestazionali. A livello personale, è stato per me un grande privilegio essere stato al JET per alcuni anni. Lì ho avuto l’opportunità di imparare da molte persone eccezionali».

Il JET ha dimostrato una fusione sostenuta per 5 secondi ad alta potenza e aveva stabilito un record mondiale nel 2021. I primi esperimenti con deuterio-trizio del JET hanno avuto luogo nel 1997.

Mentre passa alla fase successiva del suo ciclo di vita per la riconversione e lo smantellamento, a fine febbraio un’iniziativa celebrerà la sua visione fondatrice e lo spirito collaborativo che ne ha determinato il successo.  AL Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) sono convinti che «I risultati ottenuti dal JET, dalle sue principali pietre miliari scientifiche alla definizione di record energetici, sottolineano l’eredità duratura della struttura nell’evoluzione della tecnologia di fusione.  I suoi contributi alla scienza e all’ingegneria della fusione hanno svolto un ruolo cruciale nell’accelerare lo sviluppo dell’energia da fusione, che promette di essere una parte sicura, low-carbon e sostenibile del futuro approvvigionamento energetico mondiale».

Se si riuscirà davvero a realizzare una centrale nucleare a fusione a livelli commerciali, potrebbe produrre quantità infinite di energia pulita senza emissioni di carbonio. Ma come ha spiegato a BBC News Aneeqa Khan, ricercatrice in fusione nucleare all’università di Manchester, non è una cosa semplice: «Affinché gli atomi possano fondersi insieme sulla Terra, abbiamo bisogno di temperature 10 volte più calde di quelle del Sole – circa 100 milioni di gradi Celsius, e abbiamo bisogno di una densità di atomi sufficientemente elevata e per un tempo sufficientemente lungo. Gli esperimenti hanno prodotto 69 megajoule di energia in 5 secondi. Questa è energia sufficiente solo per 4 o 5 bagni caldi, quindi non molta. E’ chiaro che siamo ancora lontani dalle centrali elettriche a fusione nucleare, ma ogni esperimento ci avvicina sempre di più».

Ian Chapman, dell’UKAEA, ha affermato che «Discussioni sono ancora in corso con i partner europei per vedere come il Regno Unito potrebbe essere coinvolto in ITER in futuro». Ma il governo britannico spera ora di costruire la prima centrale elettrica a fusione al mondo nel Nottinghamshire e di avviare i lavori per la sua costruzione negli anni ’40. Il progetto Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) sarà realizzato da un nuovo ente nucleare, la UK Industrial Fusion Solutions ma, anche se i tempi saranno rispettati, la fusione nucleare non arriverà in tempo per contribuire agli obiettivi globali del taglio delle emissioni di gas serra, necessario e urgentissimo, che il mondo si è dato per il 2030 e per il 2050.