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  KSTAR è un reattore a fusione nucleare coreano anche conosciuto come “Sole artificiale” che è riuscito a ottenere importanti record e traguardi in questo campo e che potrebbe riscrivere il futuro energetico del Mondo.

Cos’è KSTAR

KSTAR è l’acronimo di Korea Superconducting Tokamak Advanced Research ed è un reattore a fusione nucleare sperimentale della Corea del Sud. Esso si trova presso il Korea Institute of Fusion Energy a Daejeon.

KSTAR Il reattore coreano è anche noto come sole artificiale. Esso, infatti, funziona quasi esattamente come una vera e propria stella. L’obiettivo del progetto e di questo tipo di reattore nucleare (il Tokamak) è quello di ricreare le reazioni nucleari che naturalmente avvengono all’interno del sole, arrivando a mantenere il plasma contenuto all’interno a temperature superiori a 100 milioni di gradi centigradi. Grazie a questo tipo di reattore nucleare a fusione è possibile ottenere energia pulita e illimitata.

Fissione e fusione nucleare

Innanzitutto, dobbiamo capire la differenza tra fissione e fusione nucleare e per quale motivo i progressi di un reattore a fusione nucleare sono così importanti. KSTAR La fissione e la fusione nucleare sono due processi fisici opposti, ma in entrambi i processi è possibile generare energia trasformando la massa in calore. La fissione nucleare è quella attualmente utilizzata nelle centrali nucleari di tutto il mondo. Essa produce grandi quantità di energia partendo da piccole quantità di materiale. Tuttavia, essa produce anche scorie radioattive a lunga scadenza e comporta un discreto rischio di incidenti potenzialmente catastrofici, come Chernobyl e Fukushima. La fusione nucleare, invece, è il processo che alimenta il nostro Sole e tutte le altre stelle dell’universo ed è attualmente in fase di studio e sperimentazione da parte degli scienziati di tutto il mondo. Essa è considerata una forma di energia pulita e inesauribile. Non produce gas serra, non genera scorie radioattive e non presenta rischi elevati di incidenti catastrofici.

Un sole artificiale

Al momento KSTAR è probabilmente il reattore a fusione nucleare più avanzato al mondo. Al suo interno vengono confinati degli isotopi di idrogeno per creare il plasma. Dopodiché gli ioni vengono riscaldati per creare un plasma ad alta intensità all’interno del quale potranno verificarsi reazioni di fusione atomica, le stesse reazioni che avvengono all’interno del sole. Recentemente KSTAR ha ottenuto importantissimi traguardi e segnato record significativi. Ma siamo ancora lontani dal controllare e padroneggiare a pieno la fusione nucleare. Riuscirci vorrebbe dire controllare una fonte di energia pulita e illimitata. Secondo gli esperti ci vorranno ancora almeno un paio di decenni prima di riuscire a controllare questa fonte di energia.

Risultati e record di KSTAR

Nonostante siamo ancora lontani dal riuscire a controllare la fusione nucleare, i responsabili di KSTAR stanno facendo enormi passi in avanti in quella direzione.

KSTAR Recentemente, infatti, hanno annunciato di essere riusciti a portare la temperatura del plasma all’interno del Tokamak a 100 milioni di gradi Celsius e a mantenere tale temperature per 48 secondi. Ciò ha segnato un record, battendo il record precedente di 30 secondi ottenuto nel 2021. Oltre a questo record, i ricercatori sono anche riusciti a mantenere il plasma ad uno stato di alta efficienza, per ben 102 secondi. I tentativi precedenti erano riusciti a mantenerlo per appena un paio di secondi.

Obiettivi futuri

ITER è un progetto molto ambizioso, che prevede di realizzare e mettere in funzione un reattore a fusione nucleare entro il 2034. Scopriamolo insieme.

Cos’è ITER

ITER (acronimo di International Thermonuclear Experimental Reactor) è un polo scientifico il cui scopo è quello di dimostrare la fattibilità di un reattore a fusione nucleare, per generare energia sicura e pulita.

ITER Si trova presso il centro di ricerca CEA Cadarache, in Francia, e ad esso lavorano molti paesi: Unione Europea, Stati Uniti, Giappone, Cina, Russia, India e Corea del Sud. Anche l’Italia sta apportando il suo contribuito. Alla Neutral Beam Test Facility, del Consorzio RFX di Padova, dove vengono testati i sistemi di riscaldamento a fascio neutro destinati al progetto ITER. Il reattore di questa centrale a fusione nucleare si chiama tokamak e contiene gas ionizzato a oltre 150 milioni di gradi, utilizzando dei magneti superconduttori. Il grande problema della fusione nucleare è quello che per innescare e mantenere il plasma (gas ionizzato) all’interno del tokamak si consuma più energia di quella che viene generata. Lo scopo del progetto è quello di dimostrare che è possibile generare più energia di quella che viene consumata nel corso del processo.

Differenza tra fissione e fusione nucleare

Ma perché è importante riuscire nel progetto? La fusione nucleare genera energia pulita e sicura.

ITER Attualmente, le centrali nucleari esistenti generano energia grazie alla fissione nucleare. Entrambi i processi generano energia. La fissione nucleare divide un nucleo pesante in nuclei più leggeri e nel farlo libera energia, mentre la fusione nucleare unisce nuclei leggeri per formarne uno più pesante. La prima utilizza, ad esempio, l’uranio, mentre la seconda gli isotopi dell’idrogeno. Nel concreto, la fissione nucleare, attualmente utilizzata in tutte le centrali nucleari, produce scorie radioattive e presenta rischi di incidenti anche molto gravi (come abbiamo potuto vedere a Chernobyl o a Fukushima). La fusione nucleare, invece, genera meno scorie ed è più sicura, inoltre, utilizza combustibili abbondanti. Tuttavia, le condizioni alle quali essa può avvenire sono complesse.

A che punto siamo?

Sebbene sono diversi anni che gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando al progetto ITER, risultati concreti si sono visti solamente nell’ultimo anno, durante il quale si sono fatti importanti passi avanti.

ITER Sono stati installati i primi due moduli della camera da vuoto, due componenti enormi, alti come un edificio di cinque piani. Sono stati riparati, nel frattempo, anche i moduli installati precedentemente (nel 2022). Nel frattempo, importanti migliorie sono state fatte anche al Scientific Data and Computing Center, il centro di stoccaggio dati e di calcolo. Questo è operativo e dispone di 1 MW di equipaggiamento, organizzato su 4 rack. Esso può gestire un traffico dati di 30-50 GB/s, con 90-2200 TB di salvataggio quotidiano. Infine, l’edificio Tritium Building, necessario per il primo plasma, è stato completato.

Cosa manca per completare ITER

Una promettente via per l'energia pulita, ideata oltre 50 anni fa e bloccata dal segreto militare, torna alla luce grazie a uno studio dell'Università di Padova e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Immagina di trovare in un vecchio cassetto una mappa per un tesoro dimenticato. È quello che è successo nel mondo della fisica, dove un team di ricercatori italiani ha riscoperto e dato nuova vita a una teoria sulla fusione nucleare nata oltre mezzo secolo fa. Questa idea, tanto promettente quanto audace, fu bloccata per decenni dal Muro di Berlino e dalla segretezza della Guerra Fredda, per essere desecretata solo negli anni '90.

Oggi, grazie a un meticoloso lavoro che unisce l'analisi di vecchi manoscritti e l'uso di moderni laboratori, quella teoria torna a far parlare di sé. A guidare questa riscoperta è il gruppo di Lorenzo Fortunato del dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei" dell'Università di Padova, in collaborazione con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Una Fusione a Temperatura Ambiente

L'articolo, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nuclear Physics A, riaccende i riflettori su un concetto quasi dimenticato: una reazione di fusione che non richiede le temperature stellari e i potentissimi magneti dei moderni reattori come i tokamak.

Il metodo, noto come "ciclo di Jetter" – dal nome del fisico tedesco Ulrich Jetter che lo propose negli anni '50 – si basa su un'idea radicalmente diversa. Invece di gestire un gas a milioni di gradi (il plasma), la reazione avverrebbe in un cristallo solido di deuteruro di litio-6, bombardato da un fascio di neutroni a temperatura ambiente.

Questo approccio permetterebbe di aggirare una delle sfide tecnologiche più complesse della fusione tradizionale: il confinamento del plasma. Evitare che il plasma incandescente tocchi e distrugga le pareti del reattore è un ostacolo che oggi richiede campi magnetici giganteschi e un'enorme quantità di energia. La via proposta da Jetter, invece, potrebbe non averne bisogno.

Rappresentazione grafica della reazione di fusione ipotizzata negli anni 50

Risultati Incoraggianti dai Laboratori Italiani

Il team padovano ha utilizzato moderne simulazioni e i più recenti dati nucleari per verificare la fattibilità di queste reazioni. I risultati sono sorprendenti.

In uno scenario ideale, il potenziale di rilascio di energia è descritto come "enorme". Ma è il secondo scenario, più realistico e che tiene conto delle perdite energetiche, a destare il maggiore interesse. Anche in queste condizioni, la produzione di energia sarebbe "un migliaio di volte più vantaggiosa rispetto all'energia ottenuta dalla combustione chimica", come la benzina o il carbone.

Un altro vantaggio cruciale? Il processo, secondo le analisi, non produrrebbe scorie o radiazioni pericolose, confermando la fusione come una delle fonti energetiche più pulite e sicure in assoluto.

L'Università di Padova ha reso i dati delle simulazioni pubblicamente accessibili, permettendo a chiunque nella comunità scientifica di verificare e riprodurre gli esperimenti. Un gesto di trasparenza che segna una netta rottura con il passato di segretezza che ha avvolto questa teoria.

Questa ricerca non offre una soluzione immediata alla crisi energetica, ma apre una porta su un percorso alternativo e affascinante, dimostrando come a volte le idee più innovative possano arrivare direttamente dal passato.

Le guerre sono sotto gli occhi di tutti anche se facciamo finta che non esistano. Sono il risultato della ricerca spasmodica di potere e ottenere potere significa anche avere il controllo dell'energia. Ma come è possibile andare contro il cambiamento climatico? Trovando nuove soluzioni che possano garantire elettricità abbondante, pulita e sicura. Ecco dunque che si torna a parlare di fusione nucleare. Una prospettiva ambiziosa che si propone di riprodurre sulla terra il processo che alimenta le stelle per generare energia praticamente inesauribile.

Cos’è la fusione nucleare e perché è diversa dalla fissione

Ma facciamo chiarezza. Per i meno esperti, quando si sente parlare di nucleare la prima cosa a cui la nostra mente va è il processo che divide nuclei pesanti come l'uranio e produce energia. Questo processo di fissione in passato ha creato molti noti problemi, la scienza però è sempre comunque al servizio dell'uomo e la fusione nucleare potrebbe essere la soluzione perché funziona in maniera opposta rispetto alla fissione. Questo tipo di processo unisce nuclei leggeri, come ad esempio quelli dell'idrogeno, in condizioni estremi di calore e pressione. La fusione rilascia poi enormi quantità di energia esattamente come accade sul sole. È proprio questo meccanismo che permette alla nostra stella di brillare ed è proprio questo meccanismo che potrebbe salvarci.

Perché la fusione nuclerare è il futuro dell'energia? Altra particolarità della fusione nucleare che rispetto alla fissione non produce scorie radioattive a lunga vita, inoltre non comporta rischi di incidenti catastrofici legati a reazioni fuori controllo. Insomma, se diventasse una realtà industriale potrebbe rivoluzionare il panorama energetico mondiale.

Niente più dipendenza, ma solo libertà

La bellezza della fusione nucleare e che potrebbe essere un meccanismo utile ad evitare la dipendenza di uno Stato sull'altro. Le materie prime utili alla fusione come il deuterio estratto dall'acqua di mare o il litio sono abbondanti e sono ben distribuite su tutto il globo. Per questo non si dovrebbero attuare catene di approvvigionamento fragili come accade invece oggi con i combustibili fossili. In più la fusione non produce emissioni di anidride carbonica: genera energia e non lascia scorre da gestire per millenni, problema che tutt'oggi affligge il nostro pianeta. C'è poi la questione della sicurezza, dove un reattore a fusione non è rischioso come una fissione perché non rischia l'esplosione incontrollata. Se le condizioni di temperatura e pressione non dovessero essere mantenute la reazione andrebbe semplicemente a spegnersi.

Le sfide tecnologiche da superare

Nonostante tutti gli enormi benefici che vi abbiamo elencato, purtroppo attuare la fusione nucleare è ancora un miraggio perché non abbiamo a disposizione una tecnologia adeguata ad attuarla. Tutto è ancora in fase di sperimentazione. Il principale ostacolo che stanno incontrando gli scienziati del settore e creare e mantenere lo stato della materia in cui i nuclei possono fondersi (plasma) a temperature maggiori di cento milioni di gradi. Contenere questo plasma è difficile e per farlo servono potenti campi magnetici come gli impulsi laser ad intensità straordinaria. Manca quindi il meccanismo di controllo della stabilità, meccanismo che si spera verrà attuato grazie all'avvento di tecnologie di altissimo livello.

Una volta c'era la fissione nucleare, che ha portato purtroppo morte e distruzione, in futuro si spera nell'avvento della fusione nucleare Tra le altre sfide da superare c'è poi quella del bilancio energetico. Finora infatti i reattori sperimentali hanno durato fatica a produrre più energia di quanta giorni consumino. La possibilità di superare questo limite esiste ma si dovrebbe aprire la strada ad un futuro in cui la fusione diventi fonte di energia praticabile. Strada che purtroppo i governi per interessi economici stanno ostracizzando.

Lo stato attuale della ricerca

A che punto si trova dunque la ricerca relativamente alla fusione nucleare? Da alcune fonti sul web abbiamo capito che attualmente i progetti più simbolici del settore sono due. Uno è ITER il grande reattore sperimentale che attualmente in costruzione in Francia. L'altro è il National Ignition Facility negli Stati Uniti, un reattore che lavora con la fusione a confinamento inerziale basata sul laser.

Raggiunta la fusione nucleare con il metodo del confinamento ibrido magnetico inerziale. MIFTI, Magneto Inertial Fusion Tecnology Inc, guidata dal presidente e scienziato capo Dr. Hafiz Rahman, ha recentemente dimostrato la sua tecnologia di fusione ibrida magnetico inerziale presso l’L3 Harris Lab di San Leandro, in California, dove ha prodotto un’incredibile resa di 150 miliardi di neutroni, che soddisfa tutte le previsioni delle simulazioni informatiche sulla fusione. Si tratta di un risultato 10.000 volte superiore a quello ottenuto da qualsiasi altra azienda privata al mondo nel settore della fusione nucleare. La fusione magnetico inerziale è una forma di fusione in cui il plasma viene compresso e riscaldato sino alla fusione nucleare utilizzando da un lato il confinamento magnetico a cui si aggiungono per pressione e calore. Quindi si tratta, potremmo dire, di una modalità ibrida che unisce il sistema di confinamento magnetico e l’applicazione di pressione e calore. Una macchina che funziona solo con la fusione magnetica è il Tokamak. Simulazioni avanzate hanno dimostrato che, portando il generatore di fusione di MIFTI a 10 Mega Ampere, si dovrebbe ottenere un guadagno netto di energia e consentire la produzione commerciale di isotopi medici, di cui c’è un disperato bisogno per la scansione dei tumori negli ospedali. US Nuclear è un partner, un investitore e un possibile appaltatore principale per il generatore di energia a fusione di MIFTI ed è in attesa di ulteriori sviluppi. L’utilizzo dei neutroni per la produzione di isotopi radioattivi è un primo passo per lo sfruttamento economico della fusione, in attesa che il guadagno energetico sia tale da permettere la costruzione di vere e proprie centrali a fusione.

Esempio di contenimento Z Pinch Le continue scoperte tecnologiche e il grande afflusso di finanziamenti hanno accelerato rapidamente lo sviluppo dell’energia da fusione. Gli investimenti nell’industria globale della fusione sono saliti alle stelle, raggiungendo un totale di 6,21 miliardi di dollari, rispetto ai 4,8 miliardi di un anno fa. L’anno scorso, il Lawrence Livermore National Lab è stato il primo a raggiungere un guadagno netto di energia positivo, aprendo la strada alla commercializzazione dell’energia da fusione, e Microsoft ha recentemente firmato il primo accordo al mondo per l’acquisto di energia da fusione commerciale da Helion Energy a partire dal 2028. MIFTI è unica nel suo genere in quanto è l’unica azienda al mondo ad aver sviluppato un metodo di fusione Z-pinch a stadi fino a raggiungere un’emissione massiccia di energia attraverso la produzione di neutroni. Il loro approccio speciale presenta molti vantaggi che li renderanno leader nella produzione di energia da fusione. Il sistema Z Pinch riesce a raggiungere il confinamento magnetico tramite una corrente elettrica che scorre lungo l’asse Z, da cui il termine “Z Pinch”.