Fusione non inquinante con la macchina Focus

Fusione non inquinante con la macchina Focus

Fusione non inquinante, un'alternativa possibile?

La manipolazione FOCUS

I risultati ottenuti finora non hanno lo stesso livello di affidabilità di quelli della Z-machine di Sandia, ma ci è sembrato interessante menzionare queste esperienze per mostrare la vasta gamma di possibilità offerte dalla MHD, riguardo all'aumento della densità e della temperatura di un plasma. Su questo piano, la manipolazione FOCUS è molto originale. Resta da verificare, in questo caso, se le elevate temperature misurate con il flusso dei raggi X corrispondono effettivamente alla temperatura del plasma o all'effetto dell'impatto sull'anodo. E. Lerner, che non possiede i mezzi del potente laboratorio del Nuovo Messico, è convinto che ciò indichi che sarebbe stata raggiunta una temperatura di più di un miliardo di gradi (100 keV). Lascieremo a lui la responsabilità di questa conclusione.

Principio di funzionamento

1° giugno 2006

FOCUS è un'esperienza di cui molte persone parlano da quando agli inizi degli anni 2000. Si trovano elementi nell'enciclopedia Wikipedia a:

http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_focus

La fusione, per tutti, evoca immediatamente due sole tecnologie.

• La fusione nei Tokamak, corrispondente alla costosa esperienza ITER, che verrà installata a Cadarache, nel nord di Aix-en-Provence

• La fusione con i laser, come questa altra "cattedrale per ingegneri" che è il progetto Megajoule, situato a Barp, vicino a Bordeaux.

Per fusione si intende esclusivamente quella del deuterio e del tritio, che è quella che si verifica alla temperatura più bassa. Il deuterio è un primo isotopo dell'idrogeno il cui nucleo è costituito da un protone e un neutrone. Il nucleo del trizio contiene un protone e due neutroni.

La loro fusione, che avviene quando la temperatura raggiunge cento milioni di gradi (a un ritmo rapido) produce un nucleo di elio e un neutrone (veloce) dotato di energia di 14 MeV (14 milioni di elettronvolt). Al centro del Sole la temperatura della "caldaia" è solo di 15 a 20 milioni di gradi e la fusione vi avviene a un ritmo molto più lento (altrimenti il Sole esploderebbe).

Le molecole di idrogeno pesante si assomigliano molto a quelle dell'idrogeno leggero. Posseggono le stesse proprietà chimiche:

A sinistra, una molecola D-D e a destra una molecola T-T. Il legame è assicurato da elettroni, rappresentati qui da api. I "nucleoni" sono rappresentati da diavoli. I protoni, elettricamente carichi, sono in viola, i neutroni, elettricamente neutri, in rosso.

A partire da 3000° l'idrogeno "si ionizza completamente", gli elettroni lasciano i nuclei e l'idrogeno (leggero o pesante) si trasforma in plasma, miscela di un "gas di elettroni" e di nuclei elettricamente carichi. Ma intorno ai 100-150 milioni di gradi questi nuclei tendono a reagire:

Ecco lo schema della fusione dell'idrogeno pesante:

Il lettore può familiarizzarsi con tutti questi concetti legati all'energia nucleare consultando la mia storia a fumetti gratuitamente scaricabile

Energicamente Vostro

disponibile sul sito http://www.savoir-sans-frontieres.com all'indirizzo:

http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm

È l'emissione di questo neutrone di fusione a 14 MeV che crea problemi, poiché queste particelle provocano una radioattività indotta in tutte le strutture che costituiscono il reattore. Questi neutroni si integrano nei materiali delle strutture del reattore, producendo numerose sostanze instabili che diventano immediatamente radioattive e costituiranno dei rifiuti. Questo flusso di neutroni altera inoltre le strutture del reattore, può compromettere nel tempo la solidità dei suoi componenti e alterare il corretto funzionamento dei solenoidi che assicurano il confinamento del plasma.

Il disegno sopra evoca la rigenerazione del trizio. Nella pratica i neutroni di fusione non fanno solo ricreare del trizio. Creano anche numerosi isotopi radioattivi, per effetto di radioattività artificiale (a differenza della "radioattività naturale" legata agli isotopi radioattivi esistenti in natura, e che sono stati creati inizialmente nelle esplosioni di supernove, poi integrati nella massa della Terra al momento della sua formazione). Una guaina di litio si comporta come un "materiale fertile" che è destinato a ricreare continuamente del trizio, il quale, radioattivo (metà vita: 12 anni), non esiste in natura.

L'uomo della strada generalmente ignora che la fusione è come "una chimica dei nuclei", dove si parte da un "miscuglio di fusione", da una "reazione" e che dà dei "prodotti di reazione". La fusione Deuterio-Tritio non è che una delle reazioni possibili. Ma poiché è quella che si verifica alla temperatura più bassa

**Reazioni di fusione non inquinanti, prive di radioattività e di rifiuti radioattivi! **

Abbiamo visto, in un dossier dedicato alla Z-machine, che una temperatura di due miliardi di gradi era stata raggiunta nel 2005 nei laboratori Sandia, nel Nuovo Messico. Si segnala, a proposito, che lo scopo dell'esperimento non era ottenere temperature così elevate, ma creare semplicemente una sorgente di raggi X, a qualche milione di gradi. Tuttavia, in modo inaspettato, questo compressore a plasma ha fornito... due miliardi di gradi, in modo perfettamente incontestabile. Questo risultato outsider ha immediatamente creato un disagio all'interno degli squadre che da decenni gestiscono questi progetti costosi, che sono:

• La fusione con i laser (in Francia: Megajoule)

• La fusione nei dispositivi tokamak (in Francia: ITER)

Ma vedremo che questa Z-machine potrebbe non essere l'unica in grado di produrre plasmi così caldi (mentre l'ITER, che funziona in continuo, non può aumentare la sua temperatura). Facendo una analogia, si potrebbe dire che c'è altrettanta differenza tra questa nuova gamma di macchine a fusione a alta temperatura e il tokamak, quanto tra i motori a scoppio e le macchine a vapore.

A questo proposito, ITER è la macchina a vapore dei tempi moderni

Per comprendere meglio questi tipi di macchine è necessario familiarizzare con le forze elettromagnetiche che agiscono nei conduttori elettrici, poi nelle scariche.

Prendiamo un solenoide "flessibile", semplicemente un anello nel quale facciamo circolare una corrente. Questa spira genererà un campo che agirà sul filo percorso dalla corrente elettrica attraverso la Forza di Laplace I x B

Espansione di una spira sotto l'effetto del proprio campo magnetico

È tipicamente l'esperimento che avete potuto vedere al Liceo o al Palais de la Découverte.

Se la corrente è abbastanza intensa, questo può portare allo scoppio del conduttore elettrico. Nel mio laboratorio degli anni sessanta si creavano campi magnetici...