Il laser a 192 raggi della National Ignition Facility in California è stato puntato su un cilindro contenente una minuscola capsula di combustibile in diamante all'1:03 di lunedì 5 dicembre.
La fonte di energia del Sole, la reazione di fusione, è stata innescata da quell'intensa esplosione di luce laser, che ha prodotto anche temperature e pressioni estremamente elevate.
La National Ignition Facility (NIF), una divisione del Lawrence Livermore National Laboratory, aveva già condotto esperimenti simili in passato, ma questa volta l'energia prodotta dalla reazione ha superato la potenza del laser utilizzato per innescarla.
L'obiettivo è quello di costruire un giorno centrali elettriche che utilizzino una reazione di fusione per produrre un surplus di elettricità senza emissioni di carbonio. Gli scienziati lavorano da decenni per raggiungere questo obiettivo.
Ci vuole ancora un po' di tempo. Nel frattempo, c'è ancora molto lavoro da fare sulla tecnologia.
Una parte importante del NIF è una capsula di diamante sintetico delle dimensioni di un granello di pepe che contiene il combustibile. Per condurre un esperimento di fusione di successo, le caratteristiche di questa capsula sferica sono essenziali.
Ogni imperfezione nella sfera potrebbe sabotare la reazione, quindi deve essere perfettamente liscia e priva di contaminanti.
Tuttavia, queste sfere dal design intricato non vengono prodotte in California. Sono il risultato finale di molti anni di lavoro da parte di Diamond Materials, un'azienda con sede a Friburgo, in Germania.
Oltre a Eckhard Wörner, Christoph Wild è l'amministratore delegato di Diamond Materials. Egli afferma che "i requisiti delle capsule [sferiche] sono molto elevati".
Per ridurre al minimo difetti come impurità, cavità o pareti irregolari, lavoriamo a stretto contatto con Lawrence Livermore. "
La deposizione chimica da vapore è il metodo utilizzato dal team di 25 persone della Diamond Materials per creare il diamante sintetico.
Ogni lotto di 20-40 capsule richiede circa due mesi di lavoro e viene assemblato in modo minuzioso stratificando minuscoli cristalli di diamante attorno a un nucleo di carburo di silicio e poi lucidato ripetutamente.
Nel processo di sviluppo hanno scoperto che anche la lucidatura più meticolosa era insufficiente perché la superficie era bucherellata e irregolare a livello microscopico.
Insieme ai team dell'LLNL, hanno infine imparato a smaltare una capsula lucidata con un nuovo strato di cristalli di diamante per produrre la finitura a specchio desiderata.
Tecnologia aziendale aggiuntiva.
Quando le capsule di diamante vengono consegnate all'LLNL, il nucleo di silicio viene estratto e la sfera cava viene riempita di deuterio e trizio, due forme pesanti di idrogeno che alimentano la reazione di fusione.
Mike Farrell, vicepresidente della tecnologia di fusione inerziale presso la General Atomics, che è il principale partner industriale dell'LLNL, spiega che il pellet di combustibile è circondato da un cilindro di oro e uranio impoverito.
Un cilindro di alluminio funge da terzo e ultimo strato della capsula e viene utilizzato per raffreddare l'interno prima della reazione.
L'ottica - tutto ciò che supporta la trasmissione, il rilevamento o l'uso della luce - rappresenta un'altra area tecnologica cruciale per il NIF.
Dal momento che il NIF utilizza gran parte di questa tecnologia per alimentare il laser più potente del mondo, i componenti ottici vengono danneggiati ogni volta che la macchina viene accesa.
Per perfezionare e fornire parti di ricambio, nonché schermi anti-detriti e anti-esplosione, il NIF ha lavorato a stretto contatto con i produttori di ottiche fin dai primi anni '70, tra cui Zygo Corporation e il produttore di vetro specializzato SCHOTT.
L'obiettivo del NIF e dei suoi partner è quello di far progredire ulteriormente la tecnologia per replicare e migliorare il successo dell'esperimento di dicembre.
Mike Farrell spera che questo sviluppo incoraggi il sostegno a ulteriori ricerche. L'esperimento ha modificato la percezione scientifica. L'accensione è sempre stata considerata quasi irraggiungibile e possibile solo tra 40 anni. Il risultato di dicembre è stato sorprendente. "
Diamond Materials prevede di avere più tempo da dedicare alla ricerca una volta tornata a Friburgo. Secondo Wild, "circa il 20% del nostro team è impegnato nella ricerca, ed entrambi i direttori generali sono anche fisici".
"La ricerca al livello che produciamo richiede molte risorse, quindi la produzione non deve essere trascurata. Di conseguenza, il team probabilmente continuerà ad espandersi. Dopo tutto, i prodotti di domani sono il risultato della ricerca di oggi. "
Team di tutto il mondo stanno cercando freneticamente di costruire una centrale a fusione funzionale, impiegando una varietà di strategie. Tuttavia, ci vorranno molti anni e numerosi investimenti miliardari.
Secondo Farrell, la pietra miliare del NIF dello scorso anno probabilmente darà una spinta all'industria: "I finanziamenti governativi e aziendali potrebbero essere più semplici da ottenere ora che è stata dimostrata la fattibilità dell'accensione". "
Questo investimento sarà necessario per affrontare le significative sfide ingegneristiche legate alla costruzione di una centrale elettrica funzionante, non ultima quella di trovare materiali in grado di resistere all'elevata energia rilasciata durante il processo di fusione.
Tuttavia, Farrell si affretta a sottolineare quanto rapidamente i progressi possano riprendere quota dopo la scoperta iniziale.
"Gli ingegneri prendono il timone una volta dimostrati i primi principi, come abbiamo appena fatto, per determinare come realizzarli in modo ripetibile".
"Ricordate che il primo volo dei fratelli Wright risale al 1903 e il primo volo supersonico agli anni Cinquanta. In circa 40 anni possono cambiare molte cose"
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