Storico risultato per la fusione nucleare a confinamento inerziale

Roma  - “Per la prima volta nella storia, l’energia prodotta per effetto della fusione nucleare a confinamento inerziale è stata pressoché pari all’energia dei laser che, comprimendo e riscaldando il plasma, permettono il raggiungimento della condizione di fusione”. Con queste parole Alessandro Dodaro, direttore del Dipartimento ENEA di Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare, ha commentato l’esperimento realizzato lo scorso 8 agosto in California alla National Ignition Facility (NIF), l’installazione di ricerca presso il Lawrence Livermore National Laboratory, dove si stanno realizzando test nel campo della fusione nucleare a confinamento inerziale.

Questo traguardo è il risultato di quasi 60 anni di lavoro da parte dell’intera comunità scientifica internazionale. Sono stati necessari decenni di ricerca per sviluppare, da un lato, tecniche per la produzione di impulsi laser sempre più potenti e performanti, e dall’altro schemi e strategie di irraggiamento e compressione del combustibile sempre più raffinati.

“Il risultato ottenuto alla NIF consente di essere molto ottimisti verso un futuro reattore nucleare a fusione basato sullo schema a confinamento inerziale. Tuttavia la strada è ancora lunga, e richiede importanti investimenti sia in risorse umane che in strutture e laboratori di ricerca. Soprattutto in Europa, dove gli sforzi e i risultati ottenuti dai tanti gruppi di ricerca sono stati e sono notevolissimi nonostante la grande riduzione di risorse dedicate”, aggiunge Dodaro, che sottolinea come un futuro reattore basato sulla fusione a confinamento inerziale sarà in grado di produrre energia in maniera pressoché inesauribile, sicura, e sostenibile per l'ambiente.

L’Europa è stata tra i pionieri in questa attività di ricerca e i tanti gruppi europei attivi nel settore continuano a lavorare con risultati di primissimo rilievo. Il progetto europeo HiPER (European High Power laser Energy Research facility) [http://www.hiper-laser.org] si propone proprio di unire insieme gli sforzi dei principali gruppi europei di ricerca in tale ambito. L’Italia ha avuto sin dagli albori un ruolo di primo piano nell’ambito della ricerca sulla fusione nucleare a confinamento inerziale, in particolare con l’ENEA, l’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, il CNR e l’Università di Pisa.

Il primo sistema laser italiano fu sperimentato al CNEN (oggi ENEA) di Frascati nel 1961. Con tali laser il gruppo di ricercatori del Centro condusse ricerche pionieristiche sviluppando tra l’altro tecniche di monitoraggio del plasma, prodotto durante l’interazione laser-materia, oggi divenute standard e utilizzate in tutto il mondo. Tali lavori portarono nel 1970, con l’esperimento di fusione termonucleare “Hot Ice”, all’osservazione dei primi neutroni prodotti da reazioni di fusione innescate da laser. Dal 1972 il gruppo continuò le sue attività costruendo alla fine degli anni ‘80 il laser ABC a due fasci, tutt’oggi in funzione al Centro Ricerche Frascati dell’ENEA, in grado di produrre gli impulsi laser con la più alta energia tra gli impianti laser italiani.

La prima edizione della Conferenza europea sulla fusione nucleare a confinamento inerziale (ECLIM: European Conference on Laser Interaction with Matter) si svolse nel 1966 a Frascati, e la prossima sarà di nuovo organizzata in Italia (Napoli) dall’ENEA nel 2022.

Che cos’è la fusione a confinamento inerziale

Nel confinamento inerziale un elevato numero di laser ad alta energia ed intensità illumina la superficie di una piccola capsula sferica di pochi millimetri di diametro, contenente una miscela di Deuterio e Trizio. Le conseguenti fasi di riscaldamento e compressione della sfera innescano le reazioni di fusione nucleare nel combustibile. Per massimizzare l’efficienza di tale processo è però necessario illuminare la capsula nel modo più uniforme possibile. Per questo motivo si è adottato lo schema a Irraggiamento Indiretto, usato anche nell’esperimento della NIF, in cui i laser non interagiscono direttamente con la sfera, ma colpiscono la superficie interna di un involucro metallico producendo raggi X, che poi agiscono sulla capsula sospesa al suo interno. Questa configurazione aumenta l’uniformità di irraggiamento, raggiungendo un alto livello di compressione del combustibile, ma non garantisce livelli di produzione di energia molto elevati.

Il gruppo di inerziale dell’ENEA di Frascati conduce attualmente attività di ricerca di tipo teorico, sperimentale e di sviluppo diagnostiche riguardo aspetti fondamentali della fusione inerziale, studiando e ottimizzando schemi avanzati di Irraggiamento Diretto, che promettono efficienze più elevate rispetto a quelle dell’Irraggiamento Indiretto. Il progetto HiPER, infatti, è concepito con l’idea di studiare la fusione laser con uno schema avanzato di irraggiamento diretto detto di “ignizione per shock”, differente da quello attualmente in sperimentazione presso la NIF e in grado di raggiungere le alte efficienze energetiche indispensabili per il funzionamento di un futuro reattore per la produzione di energia.

Per maggiori informazioni

Fabrizio Consoli, ENEA - Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare -  Divisione Fisica della Fusione - Laboratorio Sorgenti, Diagnostiche e Interazione Laser-Materia - Gruppo laser ABC - Centro Ricerche Frascati, fabrizio.consoli@enea.it