Secondo quanto riportato da Interesting Engineering, il Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), un reattore a fusione nucleare di concezione sudcoreana, ha recentemente stabilito un record senza precedenti. Grazie ai test condotti tra dicembre 2023 e febbraio 2024, KSTAR è riuscito a raggiungere e mantenere temperature pari a 7 volte quelle del nucleo del Sole, toccando i 212 gradi Fahrenheit (100 milioni di gradi Celsius) per un periodo di 48 secondi. Un traguardo incredibile, se si considera che la temperatura al centro della nostra stella è di circa 27 milioni di gradi Fahrenheit (15 milioni di gradi Celsius).
Nel 2020, il KSTAR ha annunciato di essere riuscito a mantenere il plasma ad alta temperatura per più di 20 secondi; il risultato fu confermato ufficialmente nel 2022. Nel 2021, il team di ricerca ha poi stabilito un nuovo record. Ha mantenuto il plasma a 100 milioni di gradi Celsius (7 volte la temperatura del Sole) per 30 secondi consecutivi.
Ora, l’obiettivo del Korea Institute of Fusion Energy è quello di arrivare a 300 secondi entro il 2026.
KSTAR in modalità H-mode
La modalità H-mode è un termine utilizzato nel campo della fusione nucleare; descrive uno stato operativo stabile e confinato del plasma all’interno del reattore. Viene dall’inglese “high confinement mode”.
L’H-mode si verifica quando il plasma raggiunge temperature e densità molto elevate. In queste condizioni, si forma spontaneamente una regione di plasma periferico molto calda e densa; questa è separata dal resto del plasma da una sottile barriera di trasporto. La barriera limita le perdite di energia e di particelle dal nucleo del plasma. Il confinamento rispetto alla “modalità a basso confinamento” (L-mode) è migliorato notevolmente.
La modalità H-mode rappresenta uno stato di funzionamento altamente desiderabile per qualsiasi reattore a fusione, in quanto permette di raggiungere e mantenere per periodi prolungati le condizioni estreme necessarie per una fusione nucleare efficiente, stabile e sostenibile nel tempo.
KSTAR ha dimostrato di poter operare in modalità H-mode per 100 secondi consecutivi.
Il segreto dietro questi traguardi risiede nell’adozione di divertori in tungsteno; sono componenti cruciali situati sul fondo della camera a vuoto del reattore. Rispetto ai precedenti divertori in carbonio, quelli in tungsteno hanno mostrato solo un aumento del 25% nella temperatura superficiale quando sottoposti a carichi termici simili, offrendo quindi significativi vantaggi per le operazioni a lungo termine ad alta potenza di riscaldamento.
Secondo il National Research Council of Science & Technology (NST) sudcoreano, la capacità di mantenere plasma ad alta temperatura e alta densità, dove le reazioni di fusione avvengono in modo più efficiente, è essenziale per il progresso in questo campo.
Il programma ITER
La competizione internazionale per sviluppare l’energia da fusione, una fonte di energia pulita e praticamente illimitata, si sta intensificando. Sono in corso collaborazioni globali attraverso il progetto ITER, il più grande esperimento di fusione nucleare al mondo; coinvolge 35 nazioni tra cui anche l’Italia. ITER è un ambizioso progetto internazionale da 21,5 miliardi di dollari per la realizzazione di un reattore a fusione sperimentale, oltre che per i successivi reattori su scala industriale.
ITER è l’acronimo di International Thermonuclear Experimental Reactor; l’obiettivo è quello di realizzare un dispositivo di fusione in grado di riprodurre sullo stesso principio che alimenta il Sole e le stelle; quindi energia “pulita”.
L’Italia è presente nel progetto ITER tramite ENEA. ENEA partecipa alla realizzazione di ITER attraverso l’agenzia europea Fusion for Energy, tramite l’offerta di contributi nei campi della superconduttività, della componentistica interfacciata al plasma, della neutronica, della sicurezza, dei sistemi di “remote handling” mediante bracci robotizzati e della fisica del plasma.
ENEA inoltre coordina il programma nazionale che vede impegnati circa 600 tra ricercatori e tecnologi, in cui è coinvolto il CNR, il Consorzio RFX, diverse università e consorzi universitari.
Con KSTAR verso la fusione nucleare controllata
I risultati ottenuti da KSTAR con i divertori in tungsteno forniranno dati inestimabili per il progetto ITER. ITER dovrebbe raggiungere la prima attivazione del plasma nel 2025 e l’entrata in pieno regime operativo entro il 2035.
La presidente del Korea Institute of Fusion Energy, Suk Jae Yoo, ha definito questa ricerca come un “semaforo verde” per l’acquisizione delle tecnologie fondamentali necessarie per i futuri reattori dimostrativi a fusione nucleare. Il team di ricerca mira ora a consolidare le competenze chiave indispensabili per il funzionamento di ITER.
La Corea del Sud ha annunciato di aver iniziato i preparativi per la costruzione di un reattore a fusione commerciale entro il 2035. Nello stesso anno ITER dovrebbe iniziare le operazioni dopo aver testato la sua capacità di produrre energia elettrica.
Estrazione dell’energia
Quando e se si raggiungerà l’importante traguardo di mantenere il plasma nella modalità di alto confinamento (H-mode) per lunghi periodi di tempo, il prossimo passo cruciale sarà quello di estrarre effettivamente energia dal plasma in modo efficiente.
Per sfruttare questa fonte di energia in maniera pratica, sarà necessario sviluppare sistemi in grado di catturare l’immensa quantità di energia termica rilasciata dalle reazioni di fusione e convertirla in energia elettrica. Questa “fase due” richiederà probabilmente ulteriori progressi tecnologici per ottimizzare il trasferimento di calore e l’integrazione con turbine o altri macchinari per la generazione di elettricità.
Solo quando si riuscirà ad estrarre energia elettrica netta dal reattore a fusione in modo continuo e controllato, si potrà considerare questa fonte energetica pienamente sfruttabile e commercializzabile.
KSTAR: conclusione
I progressi del reattore sudcoreano KSTAR rappresentano una tappa fondamentale verso la realizzazione dell’agognata fusione nucleare controllata, una fonte di energia praticamente inesauribile, sicura e a zero emissioni di carbonio.
Inoltre, il suo combustibile principale, estraibile dall’acqua di mare, è abbondante e accessibile. Con l’avvento di questa tecnologia, che potrebbe cambiare il paradigma energetico globale, la Corea del Sud spera di guidare la commercializzazione futura dell’energia da fusione, il suo obiettivo è il 2050.
