I fisici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno identificato un percorso molto più efficiente verso l’ignizione da fusione nucleare. La chiave sta nell’ordine delle operazioni: scaldare il plasma prima di aumentarne la densità, e non il contrario. Questa inversione della sequenza tradizionale potrebbe ridurre drasticamente l’energia necessaria per innescare una reazione autosostenuta.
Lo studio, firmato dai fisici Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono e Jonathan Menard, è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters. Il gruppo ha sviluppato una versione espansa del criterio di Lawson, l’equazione matematica che da oltre settant’anni definisce le condizioni minime affinché un plasma resti abbastanza caldo e denso da sostenere la fusione senza riscaldamento esterno aggiuntivo. Il criterio originale stabilisce il traguardo, ma non indica la strada più efficiente per raggiungerlo. Il nuovo modello lo fa.
Il lavoro incorpora quattro fattori fisici che i modelli precedenti tendevano a trascurare: l’accumulo di elio come prodotto di reazione, le impurità rilasciate dal rivestimento interno del reattore, la radiazione di sincrotrone emessa dagli elettroni nei campi magnetici e le perdite di calore dal plasma. Integrando queste variabili, il team ha mappato un percorso verso l’ignizione che evita i picchi di energia più elevati. La ricerca ha anche individuato la cosiddetta sella di Cordey, una zona di confine tra un plasma che richiede calore esterno e uno capace di mantenere la reazione con il proprio calore. Passare attraverso questa regione, invece di scavalcarla, è la scorciatoia identificata dal gruppo di Princeton.
Le implicazioni per la progettazione dei reattori sono concrete. Il modello mostra che tracce di tungsteno all’interno del plasma, anche solo una parte su diecimila, possono raddoppiare la pressione necessaria per raggiungere l’ignizione. Più di una dozzina di macchine di nuova generazione, tra tokamak e stellarator, hanno già scelto il tungsteno come materiale per le pareti interne per via della sua resistenza alle temperature estreme. I risultati del PPPL segnalano che questo dato va considerato con attenzione nelle future scelte progettuali. Al contrario, alcune perdite energetiche all’interno del plasma che in passato erano viste solo come un problema possono, in certi regimi, contribuire a stabilizzare il processo di fusione.
L’approccio tradizionale prevedeva di comprimere prima il plasma e poi riscaldarlo fino alle temperature richieste, superiori a quelle del nucleo solare. Il nuovo schema inverte questa sequenza: riscaldare prima, poi aumentare la densità. Secondo i calcoli del PPPL, questo percorso aggira i requisiti energetici più elevati pur arrivando alle stesse condizioni di ignizione. La ricerca è per ora teorica e non è stata ancora verificata sperimentalmente, ma offre ai progettisti di reattori una mappa molto più precisa di quanto disponibile fino a oggi.
Se i risultati reggessero ai test sperimentali, le conseguenze per l’intera filiera della fusione sarebbero significative. Ridurre l’energia di ingresso necessaria significa avvicinarsi concretamente a reattori capaci di produrre più energia di quanta ne consumano. Il modello aggiornato potrebbe cambiare il modo in cui tokamak e stellarator vengono progettati e operati, orientando le scelte prima ancora che la costruzione inizi. Per il PPPL, questo lavoro si inserisce in una stagione di ricerca intensa, con la fusione che attira investimenti pubblici e privati a ritmo crescente. Una base teorica più solida è esattamente ciò di cui il settore ha bisogno per accelerare il passaggio dai laboratori ai reattori commerciali.
