Ho una comprensione abbastanza completa delle enormi sfide necessarie per creare energia commerciale da fusione nucleare. Questo è il motivo per cui sono più ottimista riguardo alla fissione nucleare a sali fusi. Provo a spiegarlo in due video. Tuttavia, questo è un argomento complesso. Cercherò di affermarlo nel modo più chiaro e breve possibile qui.
Quanto lontano nella fusione nucleare commerciale?
Credo che i progressi tecnologici siano ancora necessari. Gli ultimi decenni di lavoro sulla fusione nucleare sono stati dominati dai progetti Tokomak (ITER, JET, un Tokomak sudcoreano e un Tokomak cinese). I Tokomak trattengono il plasma da fusione nucleare in un campo magnetico a forma di ciambella. Ci vogliono anni perché i progetti si sviluppino fino ai tentativi di creare la fusione per pochi secondi e la fusione è circa 1000 volte distante dall’energia netta reale.
Esistono molti modi per tentare di sviluppare la fusione nucleare per generare energia. Un unico valore inizio per dirci quanto un esperimento di fusione è vicino alla potenza netta: il triplo prodotto della fusione. Il triplo prodotto è il prodotto di tre attributi di un plasma di fusione:
n la densità degli ioni nel plasma (ioni/metro cubo)
T la temperatura di questi ioni (keV2)
τE il tempo di confinamento dell'energia (secondi)
La reazione di fusione con la soglia del triplo prodotto più bassa (ovvero la più ottenibile) è la fusione di deuterio e trizio (DT), due isotopi dell'idrogeno. Una centrale elettrica a fusione funzionante con combustibile DT avrà un prodotto triplo di circa 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s o superiore. Ci sono molti altri requisiti per una centrale elettrica commercialmente valida ma il triplo prodotto è un traguardo tecnico minimo.
Una proprietà interessante del triplo prodotto è che è indipendente dal particolare schema utilizzato per creare il plasma di fusione, quindi può essere utilizzato per confrontare le prestazioni tra diversi tipi di approcci alla fusione. È una quantità significativa negli schemi di confinamento magnetico (tokamak, stellarator), schemi di confinamento inerziale (fusione laser) e schemi magneto-inerziali (MagLIF, compressione di FRC).
L’esperimento multimiliardario del reattore JET (Joint European Torus) è in funzione da decenni. Penso che il suo finanziamento fosse di circa 100 milioni di euro all'anno o più. Nel marzo 2019, il governo del Regno Unito e la Commissione europea hanno firmato un’estensione del contratto per JET. Ciò ha garantito le operazioni del JET fino alla fine del 2024 indipendentemente dalla situazione Brexit. Nel dicembre 2020, è iniziato un aggiornamento del JET utilizzando il trizio, come parte del suo contributo a ITER. Il 21 dicembre 2021, il JET ha prodotto 59 megajoule utilizzando combustibile deuterio-trizio sostenendo la fusione durante un impulso di cinque secondi, battendo il suo precedente record di 21.7 megajoule con Q = 0.33, stabilito nel 1997. Steven Krivit sottolinea che ci sono voluti circa 700 megawatt di energia elettricità per produrre 59 megajoule in cinque secondi. Q = 0.33 è il 33% del energia dentro e fuori dal plasma. 700 megawatt per alimentarlo per cinque secondi equivarrebbero a circa 3.5 miliardi di joule per ottenere 59 megajoule dal plasma. La potenza del muro è circa 60 volte inferiore e quindi la potenza del plasma dovrebbe essere riconvertita in elettricità. Questo vale per le cifre più oneste della fusione LPP. Gli esperimenti sull’energia da fusione riguardano un millesimo di punto percentuale dell’elettricità totale in uscita rispetto all’elettricità in entrata.
Il mondo ha solo 25 tonnellate di trizio. Non si verifica naturalmente. Un reattore a fusione DT (deuterio e trizio) che genera un gigawatt avrebbe bisogno di circa 150 tonnellate di trizio all'anno. Il trizio è attualmente prodotto nei reattori a fissione nucleare realizzati dalla CANDU (canadese) ad acqua pesante.
I piani del reattore a fusione DT devono affrontare la produzione di grandi quantità di trizio. Ciò significa generare molti neutroni a basso costo per convertire in modo efficiente il litio in trizio. Questo è come dire che avremmo un piano di fissione nucleare per produrre abbondanti quantità di plutonio. Il plutonio non si trova in natura ma è possibile ottenerlo facendo reagire l'uranio 238 con i neutroni. L'uranio 238 costituisce il 94% di ciò che la gente chiama scorie nucleari. L'uranio 238 costituisce circa il 99.3% dell'uranio presente in natura e il 97% delle attuali barre di combustibile nucleare fresco.
Un paese che può generare molti neutroni a basso costo per generare molto trizio significherebbe che quel paese potrebbe anche generare molto plutonio. Qualsiasi paese che possa produrre molto plutonio può produrre molte bombe a fissione nucleare.
In realtà sono relativamente d’accordo con questo perché penso che le bombe a fissione nucleare diventeranno obsolete. Il mondo progredirà verso una tecnologia molto migliore nello spazio e nell’energia, quindi la distruttività delle bombe a fissione non sarà strategica dal punto di vista militare e diventerà meno importante dal punto di vista militare. Questo non vuol dire che la proliferazione debba essere incoraggiata. Dovrebbero essere fatti passi per non essere stupidi, ma un mondo con la padronanza del nucleare per l’energia e la propulsione spaziale significherà un mondo in cui le armi nucleari sono relativamente banali. Diventeranno come delle molotov.
Per sviluppare con successo la fusione nucleare per produrre energia è necessario andare oltre tutto questo piccolo livello di energia attualmente generata rispetto all’energia utilizzata e farlo in modo economico. I progetti Tokomak devono generare implicitamente questa potenza netta positiva trattenendo il plasma per anni invece che per secondi. Mi piacciono i progetti di fusione nucleare che prevedono di non trattenere il plasma. Questi progetti utilizzano energia pulsata. Per breve tempo (minuscole frazioni di secondo) creano le condizioni di fusione e cercano di ottenere enormi quantità di energia e di estrarla senza utilizzare una turbina. Usare una turbina significa sostenere la fusione come ora le centrali a fissione nucleare che funzionano come le centrali a carbone. Le turbine funzionano con una grande quantità di calore sostenuto. Pensate agli enormi incendi di carbone contenuti.
LPP Fusion è una piccola azienda che sta cercando di arrivare alla fusione nucleare avanzata che ha avuto solo pochi milioni di dollari di finanziamenti. Tuttavia, la percentuale di potenza in entrata e in percentuale di potenza in uscita sono molto vicine al grande JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE stanno cercando di realizzare forme di fusione pulsata. Vedi l'immagine in alto in questo articolo. Di seguito sono riportati i punti salienti del piano Fusion LPP.
Preferisco anche i progetti che mirano a reazioni di fusione avanzate. 1 miliardo di gradi invece di 100 milioni di gradi.
Ecco l'immagine del foglio di calcolo per il monitoraggio del mio progetto di fusione nucleare.
Ecco alcune diapositive di LPP Fusion.
Brian Wang è un leader del pensiero futurista e un popolare blogger scientifico con 1 milione di lettori al mese. Il suo blog Nextbigfuture.com è al primo posto tra i blog di notizie scientifiche. Copre molte tecnologie e tendenze dirompenti tra cui spazio, robotica, intelligenza artificiale, medicina, biotecnologia anti-invecchiamento e nanotecnologia.
Noto per l'identificazione di tecnologie all'avanguardia, è attualmente co-fondatore di una startup e raccolta fondi per aziende ad alto potenziale in fase iniziale. È Head of Research for Allocations for Deep Technology Investment e Angel Investor presso Space Angels.
Frequentatore di aziende, è stato speaker TEDx, speaker della Singularity University e ospite in numerose interviste per radio e podcast. È disponibile a parlare in pubblico e ad assumere incarichi di consulenza.
