Fusione nucleare. Quella speranza d’energia pulita, abbondante, a basso costo

di Domenico Coiante.

Paul VanDerWerf

Reactor in Plainsboro, NJ by Paul VanDerWerf

Sul numero di Gennaio 2017 di Le Scienze compare un interessante articolo di rassegna a nome di W. Wayl Gibbs dal titolo accattivante: “Le nuove frontiere della fusione” (nucleare). Il tema sviluppato nel testo mi ha procurato un effetto di stordimento, come quello che capita a volte nella sensazione di “deja vu”. In particolare mi ha colpito la frase relativa al Progetto ITER che, lanciato nel 2006, avrebbe dovuto concludersi nel 2016 e che invece ”nella migliore delle ipotesi non sarà operativo prima del 2035”.

Erano stati, infatti, articoli come questo che alla fine degli anni ’60 mi avevano convinto a partecipare al Progetto Tokamak dell’allora Comitato Nazionale Energia Nucleare (poi ENEA). Anche allora si dava per scontato che entro i prossimi 20 anni la fusione sarebbe stata cosa fatta. Si trattava soltanto di ovviare agli errori commessi circa il funzionamento delle prime macchine (stellarator) progettate per il confinamento del plasma. Il fallimento dei diversi esperimenti avevano mostrato come la conoscenza fisica del “quarto stato” della materia non fosse ancora all’altezza della situazione, tanto da aver permesso un’affidabile ingegneria delle macchine. Si aveva la fiducia assoluta che ulteriori studi ed esperienze avrebbero presto portato a quella legge di stato, analoga a quella dei gas, che avrebbe consentito la progettazione ingegneristica del reattore a fusione.

Era il 1969 quando fui invitato a trasferirmi presso il Laboratorio Gas Ionizzati di Frascati dove era in corso la costruzione della macchina FT (Frascati Tokamak) in seguito divenuta FTU (Frascati Tokamak Up grade). L’invito era dovuto alla mia esperienza nella realizzazione di sistemi per la spettrometria energetica ad alta risoluzione delle radiazioni X, acquisita presso il Laboratorio di Elettronica della Casaccia. Ricordo che l’obiettivo dell’esperimento FT era il raggiungimento delle condizioni di temperatura della fusione, cioè temperatura del plasma a 100 milioni di gradi, e mantenimento della stessa per qualche decina di millisecondi. Questa durata era ancora insufficiente per avere l’autosostentamento della reazione nucleare, ma si trattava di un prudente passo intermedio verso l’allungamento  del confinamento, cosa che sarebbe stata l’obiettivo di un progetto successivo, già in corso d’elaborazione, l’ITER. Questo avrebbe finalmente prodotto la fusione controllata e fornito le indicazioni tecniche necessarie per realizzare il primo reattore industriale. Eravamo nei primi anni ‘70 e le previsioni collocavano gli obiettivi dell’ITER intorno al 2000.

I lavori fervevano alacremente e l’ambiente scientifico internazionale (EURATOM) era molto stimolante. Fui subito coinvolto dall’atmosfera dinamica che si respirava e, sollecitato dal fatto che entro qualche anno sarebbe stata realizzata la macchina FT, mi dedicai a mettere a punto uno spettrometro con rivelatore al silicio raffreddato ad azoto liquido per misurare la distribuzione energetica dei raggi X emessi dal plasma. In due anni il sistema di misura fu realizzato e provato con pieno successo presso la piccola macchina tokamak, detta Torello, un prototipo in scala ridotta di FT. Nel frattempo il Progetto aveva subìto notevoli ritardi e il completamento della macchina era stato spostato molto in là nel tempo. Non potendo utilizzare il sistema ormai collaudato, mi fu allora chiesto di cedere lo spettrometro al gruppo di ricercatori dell’Euratom che agivano in quel momento  presso il corrispondente tokamak di Grenoble, già in funzione. Mi fu affiancato un fisico francese a cui trasferii tutto il know how e le apparecchiature. Lo spettrometro partì per Grenoble dove si mostrò all’altezza del compito.

A questo punto, in attesa che FT fosse completato, ebbi molto tempo a disposizione per colmare le mie lacune nel campo della fisica del plasma. Lessi una serie di articoli scientifici e mi potei avvalere della consultazione dei fisici teorici del gruppo Euratom che seguivano lo sviluppo della macchina. Allo scopo di comprendere meglio l’argomento, frequentai la scuola estiva internazionale di Fisica del Plasma di Varenna. Alla fine di questo periodo d’apprendimento, cominciai a capire qualcosa della fisica del plasma. Ero giunto al punto in cui mi appariva chiaro che si era ancora ben lontani dal livello di comprensione adeguato a produrre la famosa equazione di stato. A stento e con notevoli sforzi si riusciva a spiegare a posteriori i risultati quasi sempre inattesi e sorprendenti che uscivano dai diversi esperimenti. Ciò portava al fatto che tutte le previsioni sul comportamento dell’esperienze future erano affette da un notevole margine d’incertezza. Ciononostante, su questa base insicura, si continuava a progettare macchine sempre più grosse e costose. Si pensava che fosse sufficiente estrapolare le dimensioni della macchina per arrivare al reattore a fusione. Ed ogni volta i risultati non erano quelli attesi, ma rivelavano effetti fisici nuovi del comportamento del plasma, che impedivano di raggiungere le condizioni della fusione sostenuta. Si continuava ad essere lontani dall’equazione di stato.

La materia per me si dimostrava assai ardua da comprendere, tuttavia, riuscii finalmente a farmi un’idea abbastanza documentata. Raggiunsi la convinzione che l’approccio del confinamento magnetico del plasma, seguito per raggiungere la fusione nucleare, non fosse adeguato allo scopo. Altre persone in quegli anni erano giunte alla stessa conclusione e iniziavano a percorrere la strada alternativa del confinamento inerziale (fusione tramite fasci laser). Come nota a margine, occorre dire che questo approccio, seguito da allora fino ad oggi (oltre 30 anni) presso il Laboratorio Lawrence di Livermore California, non ha portato a soddisfacenti risultati, tanto che l’articolo citato sopra informa dell’abbandono ufficiale del progetto “di un prototipo di centrale elettrica”. Evidentemente anche per questa via non si è potuto estrapolare i risultati degli esperimenti in modo da costruirci sopra un’ingegneria del reattore.

La conclusione di tutto questo discorso fu che nel 1975, dopo cinque anni di intensa applicazione, abbandonai l’argomento e passai ad occuparmi di energia solare fotovoltaica, tema a cui mi dedicai per tutta la mia vita professionale e di cui mi occupo tuttora.

Ho voluto tracciare queste brevi note biografiche solo per spiegare la sensazione di “deja vu” che mi ha colto nel leggere l’articolo di Le Scienze. Dal ’75 ad oggi sono passati oltre quaranta anni, ma la musica non è cambiata. Si confida che l’ITER nel 2037 ci rivelerà finalmente l’equazione di stato del plasma in modo da poter partire con un progetto d’ingegneria industriale per un reattore a fusione, che abbia probabilità di successo. Non avendo più seguito i dettagli del progresso fatto circa la conoscenza della fisica del plasma, non sono in grado di sapere se il margine di confidenza delle previsioni sull’ottenimento delle condizioni di fusione è aumentato tanto da divenire una ragionevole certezza. Oppure se, anche questa volta, compariranno effetti indesiderati di instabilità del plasma che impediranno il successo dell’esperimento, rinviandolo alla costruzione nei prossimi 30 anni di una successiva macchina, ancora più grande e più costosa.

Chi vivrà, vedrà. Purtroppo, la mia condizione di ottuagenario difficilmente, e la cosa mi disturba non poco, mi permetterà di vedere la conclusione.

 

1 Commento

  1. Osvaldo

    Articolo molto interessante, grazie.

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