Macchina Z e energia pulita

Gli ultimi echi del Sfinge

di Julien Geffray

21 maggio 2007

Ecco come, da un anno, gli americani vanno a fondo e i francesi frenano.

Ritorniamo brevemente all'anno trascorso: nel marzo 2006, i laboratori Sandia degli Stati Uniti annunciano una scoperta sensazionale: la macchina Z ha generato accidentalmente 3,7 miliardi di gradi (vedi annuncio originale in inglese). Una temperatura estrema mai raggiunta prima, cento volte più calda del centro del Sole, sette volte più alta del centro di una bomba all'idrogeno, e quattro volte superiore alle previsioni teoriche senza spiegazione reale. Con una temperatura così alta, una nuova via era aperta per la fusione nucleare controllata, non solo degli isotopi dell'idrogeno come definito classicamente nei progetti successivi dei tokamak come ITER o dei laser del tipo Mégajoule, ma soprattutto qualcosa di totalmente nuovo: due reazioni nucleari impossibili da considerare prima: litio-idrogeno (che richiede almeno 500 milioni di gradi) e boro-idrogeno (a partire da un miliardo di gradi). Queste due reazioni nucleari particolari sono praticamente esenti da radioattività - tranne alcune reazioni secondarie parassite, minime - e offrirebbero centrali nucleari potenti e completamente non inquinanti, utilizzando come combustibili elementi puri e molto abbondanti sulla Terra. In breve, la soluzione energetica attesa dalla nostra pianeta malato della sua inquinamento galoppante.

Per tutto l'anno 2006, la macchina Z e le possibilità previste sono state descritte da Jean-Pierre Petit in modo divulgativo:

• Una Luce di Speranza in questo Mondo di Bruti
• La macchina Z di Sandia - La fusione senza inquinamento né radioattività a portata di mano!
• Analisi dell'articolo di Malcom Haines apparso su Physical Review Letters
• 3,7 miliardi di gradi e tutti se ne fregano
• Qualche chiarimento (FAQ)
• Lettera aperta a Nicolas Hulot
• Lettera aperta ai politici

L'esistenza di una macchina equivalente francese, certamente meno potente, è stata anche messa in luce: l'ECF del Centro di Esperienze Militari di Gramat (CEG) situato nel Lot. ECF significa "Esperienza di Compressione di Flusso" ma in realtà la macchina è soprannominata Sfinge.

Numerose tentativi sono stati fatti per spingere i media nazionali a trattare questo argomento e i politici a interessarsene, senza successo reale (un articolo sul webzine Futura-Sciences e solo una breve notizia su Science & Vie e Sciences et Avenir). Un articolo divulgativo apparso su Internet nel forum Agoravox ha avuto poco successo. Contatti con politici sono stati tentati. Un alto livello scientifico, responsabile in Russia delle questioni relative alla fusione nucleare, ha persino accettato di sostenere la campagna di sensibilizzazione tentata da JPP e da uno dei suoi colleghi, un "ex esplosivo", scrivendo una lettera firmata da consegnare personalmente, esplicitando l'interesse di questa ricerca e andando fino a suggerire una collaborazione franco-russa in questo settore! Ma a chi consegnare questa lettera in Francia (ci vorrebbe un responsabile scientifico vicino ai politici) se nessuno è disposto o in grado di ascoltare un tale discorso?

Purtroppo, questi tentativi sono rimasti lettere morte. Per due motivi:

1. Questo studio della fusione per "z-pinch" o in francese per "compressione magnetica" è percepito, specialmente dal punto di vista dei budget assegnati, come in concorrenza frontale con il progetto ITER, una soluzione molto diversa installata nel nostro paese. Gli esperti francesi della compressione magnetica sono infatti troppo pochi per farsi sentire, e delusi, alcuni di loro sono andati a lavorare negli Stati Uniti sulla... macchina Z dei laboratori Sandia.
2. Queste ricerche sono "potenzialmente proliferanti". In altre parole, possono portare alla realizzazione di armi nucleari di nuova generazione. In questo caso, l'esplosione della bomba H non sarebbe più attivata da una piccola bomba A classica, difficile da produrre. Al posto di questa "fiammifero": un sistema compatto derivato dalla macchina Z, molto più facile da concepire per qualsiasi paese e soprattutto in grado di evitare qualsiasi controllo, poiché si basa su "semplice" elettronica di potenza. L'importante fase di arricchimento dell'uranio, causa di gravi problemi geopolitici ma che permette un controllo relativo della proliferazione, diventerebbe di fatto inutile.

Lo scopo evidente di tutto questo trambusto era di aprire la Sfinge ai ricercatori civili, mentre questa macchina francese è esclusivamente riservata agli ingegneri militari. Al momento, la sua capacità di 2,5 a 5 milioni di ampere non è in grado di generare la temperatura della macchina Z americana, che ne produceva 18 milioni. Ma un tale dispositivo può essere facilmente aggiornato. La macchina Z di Sandia è stata infatti smantellata a settembre 2006 per subire un rinnovo che aumenta del 50% le sue capacità. È il programma ZR (per "Z Refurbished") che dovrebbe essere pienamente operativo in estate 2007, con questa volta una intensità portata a 27 milioni di ampere, sempre erogati in 100 nanosecondi. Si attendono le temperature raggiunte in questo modo, che dovrebbero aumentare ulteriormente. E come vedremo in seguito, gli americani non si fermeranno qui: hanno già fissato una nuova tecnica per raggiungere i 60 milioni di ampere.

Ufficiosamente, alcuni mesi fa i militari francesi non sapevano bene da che parte prendere. D'un lato, queste ricerche sembrano molto promettenti, ma il CEG non ha veramente ricercatori in grado di esplorare questo nuovo terreno a livello fondamentale. Dall'altro lato, la DGA vuole controllare completamente queste ricerche per potervi apporre la toppa del segreto militare, se mai dovesse uscirne qualcosa di importante. È anche una paura che si può avere nei confronti dei laboratori Sandia, gestiti in realtà dal ministero della difesa e dall'esercito americano (i fondi provengono dalla NNSA, la National Nuclear Security Administration)... e proprio questo è l'interesse di condurre altre ricerche indipendenti altrove. Dilemma: come aprire il Centro militare di Gramat ai civili?

La risposta, depressiva per alcuni o semplice constatazione ben prevedibile per altri, è stata data dal giornalista Matthieu Quiret nell'edizione del 16 maggio 2007 del quotidiano economico Les Échos, accessibile online all'indirizzo:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576329.htm

e di cui riproduciamo qui il contenuto (il passaggio interessante è in rosso):

**

* *****

**** **

**

Les Échos

del 16 maggio 2007

Competenze

NUCLEARE

La macchina Z francese ignora l'energia

Piccolo «Sfinge».

Nel pieno del Quercy, al Centro di studi di Gramat (CEG), la DGA utilizza da alcuni anni una piccola macchina Z francese (2,5 milioni di ampere), battezzata «Sfinge». Come sua sorella maggiore americana, serve soprattutto a testare la resistenza delle teste nucleari.

A differenza di questa, non conoscerà esperimenti civili. Qualche anno fa, i ricercatori di Gramat avevano lanciato delle proposte alla loro tutela militare per diversificare le loro ricerche, senza successo.

Interrogato da «Les Echos», il molto «feroce» CEG oggi assicura di non avere alcun progetto energetico. Questa timidezza negli investimenti preoccupa gli esperti della compressione.

Le competenze francesi in questo genio elettrico di potenza sono minacciate, afferma uno di loro.

In Gran Bretagna, una macchina equivalente, la Magpie dell'Imperial College (1,4 milioni di ampere), lavora attivamente sulla compressione magnetica, in particolare su fondi americani. Non abbastanza potente per raggiungere gli obiettivi della macchina Z, viene utilizzata dagli americani per completare le loro ricerche sulla compressione stessa. I russi sarebbero anche in procinto di investire in questo tema di ricerca.

Ora sappiamo chiaramente a cosa aspettarci. Nonostante le competenze di cui dispone la Francia e l'aiuto offerto dai russi, l'esercito ha deciso: non ci saranno ricerche civili francesi sulla fusione per compressione magnetica.

Mentre intanto, dove sono gli americani e dove vanno? In questo stesso numero del giornale Les Échos, come in contrasto con l'evocazione del blocco di ogni ricerca francese in questo settore, la fusione nucleare controllata dell'idrogeno grazie alla macchina Z è ampiamente divulgata in un secondo articolo intitolato "Nucleare: la macchina Z americana sfida Iter" che puoi leggere all'indirizzo:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576219.htm

Riproduciamo qui l'illustrazione di questo articolo:

**Come la macchina Z americana fonde gli isotopi dell'idrogeno
(reazione deuterio-deuterio che genera neutroni moderatamente energetici a 2,45 MeV)

È la tecnica indiretta ormai vecchia del "hohlraum", del "forno a raggi X" che comprime e riscalda una capsula contenente isotopi dell'idrogeno fino alla fusione, grazie a una schiuma speciale e una gabbia a fili di tungsteno. L'esperimento è stato realizzato per la prima volta il 7 aprile 2003 sulla macchina Z (comunicato stampa). L'attacco diretto senza ricorrere alla tecnica del hohlraum, con temperatura estremamente alta, di reazioni nucleari pulite che non emettono quasi nessun neutrone (litio-idrogeno o boro-idrogeno) grazie alla tecnica recente della gabbia a fili in acciaio inossidabile (3,7 miliardi di gradi alla fine del 2005) non è ancora menzionato. Ma l'idea della fusione per compressione magnetica inizia a prendere piede nei media francesi.

Fino ad ora (1996-2006) la macchina Z dei laboratori Sandia era questa:

La Z-machine vista in sezione. Nota la dimensione del bacino marrone e la lunghezza delle linee d'acqua blu.

Dimensioni: 33 metri. E quando la corrente viene commutata, ecco gli archi elettrici che si propagano sulla superficie del grande bacino isolante di olio e acqua:

I cortocircuiti che scorrono sulla superficie della Z-machine, tra le parti metalliche emerse

Le "linee d'acqua" permettono di aumentare la potenza erogata sulla target comprimendo nel tempo l'impulso elettrico iniziale (dell'ordine di poche microsecondi) erogato dai generatori di Marx periferici, in modo che l'impulso finale erogato sulla gabbia a fili al centro duri solo 100 nanosecondi.

Domanda: come aumentare la potenza? Diverse possibilità:

Una prima risposta è data meccanicamente con ZR nel 2007: si mantiene la stessa metodologia ma si migliora gli elementi costitutivi. Ad esempio, ci sono sempre 36 generatori di Marx della stessa dimensione degli antichi ma con condensatori che immagazzinano il doppio di energia. Il laser a gas da 4 joule comune ai 36 commutatori è sostituito da 36 laser individuali. Le linee di trasmissione con isolamento a acqua sono verticali e tri-pannello (prima orizzontali bi-pannello) meno ingombranti e generano meno bolle, ecc.

Niente vieta in seguito "di impilare tutti questi elementi". Moltiplicando per due l'altezza del bacino, un "doppio ZR" darebbe meccanicamente 54 milioni di ampere.

Il francese Mathias Bavay, emigrato negli Stati Uniti da Sandia a causa del mancato finanziamento richiesto in Francia a Gramat, aveva immaginato una macchina Z in grado di erogare immediatamente 60 milioni di ampere in 100 nanosecondi, grazie a una astuta compressione del flusso magnetico utilizzando due liner coassiali, senza esplosivo (per i dettagli vedere l'esplicazione divulgativa della sua tesi).

Jean-Pierre Petit ha invece suggerito di sostituire l'ingombrante insieme "generatori di Marx + linee conduttrici + bacino" con un generatore di compressione del flusso ad esplosivo, dispositivo ultra compatto che genera 100 milioni di ampere inventato da Andrei Sakharov negli anni '50 (generatore MK-2) o una variante più perfezionata (come il generatore a dischi DEMG, più veloce). I russi sono infatti maestri nell'arte delle "alte potenze pulsate". Leggi a proposito la pagina I principi base delle macchine MHD russe.

Il disegno qui sotto è solo schematico. È una semplice manipolazione "per laboratorio universitario o Grande Ecole", con l'obiettivo di realizzare una prima introduzione a questi argomenti. Il generatore di Sakharov, con il suo solenoide, può dare intensità elettriche molto elevate, ma il tempo di scarica è troppo lungo. Per scoprire un generatore ad esplosivo ultra veloce, vedi il DEMG russo, estremamente ingegnoso ( vedi al centro di questa pagina ) .

Schema di montaggio che evoca un collegamento tra una macchina Z e un generatore di Sakharov
A destra: il generatore MHD a induzione, semplice solenoide che circonda la target. In basso: il commutatore a colpo ultra rapido, azionato da esplosivo

Ma un'altra via promettente per la fusione per compressione magnetica all'interno di una macchina Z sembra ora profilarsi negli Stati Uniti, con il supporto dei russi: il generatore LTD (Linear Transformer Driver) i cui rapidi progressi sono stati annunciati in grande stile dai laboratori Sandia nel aprile 2007. Leggi a proposito:

La Z-machine potenziata con il LTD --- ---