Fusioni Nucleari con Onde d’Urto a Mach 58

First Light Fusion è una azienda sorta dall’Università di Oxford ed è formata da alcuni suoi ricercatori. L’obiettivo è proseguire gli studi sulla fusione nucleare a confinamento inerziale, lavorando a regime pulsato.
Come abbiamo visto sia per il DPF Device dell’LPPFusion e sia per il FDR della MSNW LCC la fusione a regime pulsato non punta a riscaldare l’intera massa di gas per portarlo alla temperatura minima affinché le molecole di gas più calde abbiano un’energia abbastanza elevata da permettere la fusione (ciò viene spiegato meglio in questo articolo), ma di portare ad ignizione (termine con cui si indica quell’insieme di condizioni che garantiscono l’autosostentamento della fusione) solo una piccola quantità di plasma alla volta.
Per far ciò la compagnia ha realizzato la Machine 3, il dispositivo a confinamento inerziale per l’ottenimento di energia da fusione in modalità pulsata più grande attualmente esistente al mondo; la cui costruzione è stata ultimata nella prima metà di Febbraio 2019. 

Machine 3. Fonte: FLFusion

A differenza dei dispositivi prima elencati in cui l’energia verrebbe fornita direttamente per via elettromagnetica attraverso la scarica di plasma, First Light Fusion si propone di fornire energia attraverso un cannone elettromagnetico che accelerando un proiettile genera un’onda d’urto che investendo il plasma gli fornisce la sua energia. Infatti la Machine 3 spara dei proiettili a velocità di Mach 58, cioè ad una velocità di quasi 20 km/s (circa 2,56 volte la prima velocità cosmica, o la velocità orbitale della ISS!), verso una cavità riempita di plasma (confinamento inerziale), e per accelerare il proiettile a quest’incredibile velocità la macchina è capace di scaricare 14 MA (14 milioni di Ampere), l’equivalente di 500 fulmini, ad una tensione di 200 kV in 2 µs (microsecondi), fornendo l’equivalente di 5,6 MJ di energia.  
L’intensa onda d’urto investendo il bersaglio di plasma lo fa implodere in maniera asimmetrica. In tal modo le instabilità presenti contribuiscono a comprimere il plasmoide ancor di più di quanto potrebbe fare una compressione simmetrica, fino a portarlo a condizioni in cui avviene la fusione dei nuclei, liberando l’energia da raccogliere.
Qui di seguito una simulazione che descrive il fenomeno:

Simulazione di un’onda d’urto che investe una cavità riempita di plasma. Credits: First Light Fusion

Da ciò si evidenzia quanto sia importante l’uso di modelli avanzati per realizzare le simulazioni alla base della progettazione e realizzazione di questi dispositivi, che prendono in considerazione fenomeni difficilmente trattabili analiticamente per la loro complessità. Anche la forma dell’obiettivo di plasma è fondamentale ed infatti il team di ricerca della FLFusion ha scoperto che la forma dell’obiettivo moltiplica la velocità, come anche mostrato da Nicholas Hawker, CEO della FLFusion, in un suo tweet:

a dimostrazione di quanto sia importante la ricerca nei campi più teorici (per chi fosse interessato consigliamo la lettura di questo articolo). Infatti ottimizzando la forma del target sarà possibile raggiungere velocità ancora più elevate! Che implica maggiori compressioni, densità e temperatura del plasma più elevate a parità di energia investita, e quindi un efficienza più elevata, che garantirebbe al dispositivo di operare con guadagno energetico (produrre più energia di quella consumata), che è il traguardo verso cui la ricerca per la fusione nucleare punta (accennavamo al Criterio di Lawson in questo articolo).
La macchina dovrebbe operare con la classica reazione di fusione nucleare che coinvolge due isotopi dell’idrogeno: Deuterio (2D)e Trizio (3T), veicolando energia attraverso l’emissione di neutroni veloci (0n con energia di 14,1 MeV).

2D + 3T 4He + 3,5 MeV + 14,1 MeV 0n

Collaborando con il Culham Centre, un centro di ricerca incentrato sullo sviluppo delle tecnologie per la fusione nucleare, è stata presentata una prima bozza di reattore. Come per ITER e gli altri reattori che usano questo tipo di reazione si prefigura l’uso di metallo liquido (litio) per la raccolta dell’energia e la trasformazione attraverso l’interazione con un ciclo termodinamico (Brayton-Joule). Infatti attraverso l’urto con i neutroni veloci il litio si scinde in Trizio ed Elio rilasciando calore.

6Li + 0n  → 4He + 3T
7Li + 0n  → 4He + 3T + 0n

(nel caso del Litio-7 il neutrone prodotto è un neutrone lento).
Il trizio prodotto contribuisce a rifornire il reattore del suo “combustibile“. Il litio liquido scorre in un circuito chiuso e scambia il suo calore ad un liquido refrigerante per mezzo di un primo scambiatore di calore. Questo secondo liquido riscaldandosi aumenta la sua energia che viene convertita in energia meccanica attraverso la turbina e per mezzo del generatore elettrico ad essa collegato in energia elettrica.

Fonte: Nicholas Hawker

In copertina la Machine 3. Credits: Nicholas Hawker

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: