Febbraio 2, 2023

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Svolta nell’energia da fusione negli Stati Uniti: tutto ciò che devi sapere

Sospensione

Martedì, il Dipartimento dell’Energia dovrebbe annunciare una pietra miliare tanto attesa nello sviluppo dell’energia da fusione nucleare: i guadagni netti di energia. La notizia, che ho riportato per la prima volta Financial Times e lo ha confermato Washington Postpotrebbe galvanizzare la comunità della fusione, che ha a lungo esagerato la tecnologia come potenziale strumento di energia pulita per combattere il cambiamento climatico.

Ma quanto è importante il “profitto netto dell’energia” in ogni caso – e cosa significa questo per le centrali elettriche a fusione del futuro? Ecco cosa devi sapere.

Le centrali nucleari esistenti passano fissione nucleare Abbattere gli atomi pesanti per generare energia. Nel caso della fissione, un neutrone si scontra con un atomo di uranio pesante, scindendolo in atomi più leggeri e rilasciando contemporaneamente molto calore ed energia.

D’altra parte, la fusione funziona in modo opposto: comporta la rottura di due atomi (principalmente due atomi di idrogeno) insieme per creare un nuovo elemento (principalmente elio).E il Nello stesso modo in cui le stelle generano energia. Nel processo, i due 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 veloce – 300.000.000 metri al secondo – anche una piccola quantità di massa può produrre una tonnellata di energia.

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

Fino a questo punto, i ricercatori sono stati in grado di fondere con successo due atomi di idrogeno insieme, ma la reazione richiede sempre più energia di quanta ne ricevi. Il guadagno netto di energia, dove recuperano più energia di quanta ne mettono nella creazione della reazione, è stato l’inafferrabile Santo Graal della ricerca sulla fusione.

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Ora, i ricercatori del National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory in California dovrebbero annunciare di aver ottenuto un guadagno netto di energia sparando laser agli atomi di idrogeno. I 192 laser comprimono gli atomi di idrogeno fino a quasi 100 volte la densità del piombo e li riscaldano a quasi 100 milioni di gradi Celsius. L’alta densità e la temperatura fanno sì che gli atomi si fondano in elio.

Altri metodi studiati includono l’uso di magneti per limitare il plasma surriscaldato.

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

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

No, gli scienziati si riferiscono all’attuale scoperta come a un “guadagno scientifico netto di energia”, il che significa che dalla reazione è uscita più energia di quella immessa dal laser. Questo è un traguardo enorme che non è stato raggiunto prima.

Ma 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 hanno un’efficienza di appena l’1%. Ciò significa che alimentare il laser richiede 100 volte più energia di quella che può eventualmente fornire agli atomi di idrogeno.

Quindi i ricercatori devono ancora raggiungere il “guadagno netto di energia ingegneristica”, o il punto in cui l’intero processo consuma meno energia di quella prodotta dalla reazione. Dovrebbero anche capire come convertire l’energia risultante – attualmente sotto forma di energia cinetica da nuclei di elio e neutroni – in una forma che può essere utilizzata per l’elettricità. Potrebbero farlo convertendolo in calore, quindi riscaldando il vapore per azionare una turbina e alimentare un generatore. Questo processo ha anche limiti di efficienza.

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Tutto ciò significa che il guadagno di energia probabilmente deve essere spinto molto più in alto affinché una fusione sia commercialmente fattibile.

Per ora, i ricercatori possono anche eseguire la reazione di fusione una volta al giorno. Nel frattempo, devono consentire al laser di raffreddarsi e sostituire il bersaglio del combustibile di fusione. Una pianta commercialmente valida dovrebbe essere in grado di farlo più volte al secondoafferma Dennis White, direttore del Center for Plasma and Fusion Sciences del MIT. Ha detto: “Una volta che hai la fattibilità scientifica, devi conoscere la fattibilità ingegneristica”.

Quali sono i vantaggi dell’integrazione?

Enormi possibilità di fusione. La tecnologia è molto più sicura della tecnologia nucleare fissione nucleare, perché la fusione non può creare reazioni selvagge. Né producono sottoprodotti radioattivi che devono essere immagazzinati o emissioni di carbonio nocive; Produce semplicemente elio inerte e un neutrone. Né è probabile che finisca il carburante: il carburante per la fusione è costituito solo da atomi di idrogeno pesanti, che si possono trovare nell’acqua di mare.

Quando la fusione potrà alimentare le nostre case?

Questa è una domanda da un trilione di dollari. Per decenni, gli scienziati hanno scherzato sul fatto che una fusione è sempre lontana 30 o 40 anni. Nel corso degli anni, i ricercatori hanno previsto in vari modi che gli impianti di fusione saranno operativi negli anni ’90, 2000, 2000 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 ​​finanziassero in modo aggressivo la fusione, dicono, un prototipo di centrale elettrica a fusione potrebbe essere disponibile negli anni ’30.

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“Il programma non è davvero una questione di tempo”, ha detto Carter. “È una questione di innovazione e impegno”.

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