Il laser gigante di "Star Trek" sarà testato nella svolta della fusione

26 dicembre 2022

di David R. Baker, Will Wade, Bloomberg News

La svolta è arrivata in un lasso di tempo incredibilmente piccolo, meno di quanto occorre un raggio di luce per muoversi di un centimetro. In quel minuscolo momento, la fusione nucleare come fonte di energia passò dal sogno lontano alla realtà. Il mondo è ora alle prese con le implicazioni di questo traguardo storico. Per Arthur Pak e gli innumerevoli altri scienziati che hanno impiegato decenni per arrivare a questo punto, il lavoro è appena iniziato.

Pak e i suoi colleghi del Lawrence Livermore National Laboratory si trovano ora di fronte a un compito arduo: farlo di nuovo, ma meglio e più grande.

Ciò significa perfezionare l'uso del laser più grande del mondo, ospitato nella National Ignition Facility del laboratorio che i fan della fantascienza riconosceranno dal film "Star Trek: Into Darkness", quando veniva utilizzato come set per il nucleo di curvatura dell'astronave. Impresa. Subito dopo l'una di notte del 5 dicembre, il laser ha sparato 192 raggi in tre impulsi attentamente modulati su un cilindro contenente una minuscola capsula di diamante riempita di idrogeno, nel tentativo di innescare la prima reazione di fusione che ha prodotto più energia di quella necessaria per crearla. Ci è riuscita, avviando il percorso verso quella che gli scienziati sperano possa un giorno diventare una nuova fonte di energia priva di carbonio che consentirà agli esseri umani di sfruttare la stessa fonte di energia che illumina le stelle.

Pak, che si è unito al laboratorio Lawrence Livermore fuori San Francisco nel 2010, si è svegliato alle 3 del mattino quel giorno, incapace di resistere al controllo dei risultati iniziali dalla sua casa di San Jose. Aveva provato a restare sveglio prima dell'iniezione, ma alla fine si era arreso mentre gli scrupolosi preparativi dell'esperimento si trascinavano fino a tarda notte. "Se restassi sveglio per ogni tiro, ogni volta per 10 anni, diventeresti pazzo", ha detto.

Negli ultimi mesi, era chiaro che la sua squadra si stava avvicinando e, nell'oscurità prima dell'alba, cercò un numero chiave che potesse mostrare se avevano avuto successo: un conteggio dei neutroni prodotti dall'esplosione.

"Quando ho visto quel numero, sono rimasto sbalordito", ha detto.

"Puoi lavorare tutta la tua carriera e non vedere mai questo momento. Lo fai perché credi nella destinazione e ti piace la sfida", ha detto Pak, leader della diagnostica dell'esperimento. "Quando gli esseri umani si uniscono e lavorano collettivamente, possiamo fare cose straordinarie."

Il team del Lawrence Livermore, un laboratorio di ricerca finanziato dal governo, probabilmente eseguirà il prossimo test a febbraio, con molti altri esperimenti in arrivo nei mesi successivi. L'obiettivo sarà continuare ad aumentare la quantità di energia prodotta nella reazione. Ciò significa più ritocchi: utilizzare più energia laser. Metti a punto il raggio laser. Genera più raggi X all'interno del bersaglio, un passaggio fondamentale del processo, utilizzando la stessa quantità di energia. Magari, alla fine, ammodernare la struttura stessa, una decisione che richiederebbe il consenso del Dipartimento dell’Energia e un’enorme quantità di finanziamenti.

Tutto ciò richiederà anni, se non decenni, a partire dai piccoli esperimenti del laboratorio Lawrence Livermore che durano solo nanosecondi.

"Dobbiamo capire: possiamo renderlo più semplice? Possiamo rendere questo processo più semplice e ripetibile? Possiamo iniziare a farlo più di una volta al giorno?" ha detto Kim Budil, direttore del laboratorio Lawrence Livermore. "Ognuna di queste rappresenta per noi un'incredibile sfida scientifica e ingegneristica."

La maggior parte degli esperti prevede che ci vorranno ancora almeno 20-30 anni prima che la tecnologia della fusione diventi praticabile su una scala sufficientemente ampia e conveniente da produrre energia commerciale. Questa tempistica colloca la fusione oltre la possibilità di essere utilizzata in modo significativo per raggiungere gli obiettivi mondiali di zero emissioni nette entro il 2050. In questo senso, la fusione potrebbe essere la fonte di energia priva di carbonio del futuro, ma non dell’attuale transizione energetica globale che si trova ad affrontare. continui ostacoli.

La fusione ha catturato l’immaginazione scientifica per decenni. È già utilizzato per conferire alle moderne armi nucleari il loro potere devastante, ma il sogno è quello di domarlo per la domanda energetica civile. Se potesse essere portato su larga scala, porterebbe alla creazione di centrali elettriche in grado di fornire elettricità in abbondanza giorno e notte senza emettere gas serra. E a differenza dell’energia nucleare di oggi, innescata attraverso un processo chiamato fissione, non creerebbe scorie radioattive di lunga durata. Intere generazioni di scienziati lo hanno perseguito. Il principale consigliere scientifico del presidente Joe Biden, Arati Prabhakar, trascorse un'estate lavorando al programma di fusione laser del laboratorio quando era uno studente universitario diciannovenne in pantaloni a zampa d'elefante, nel 1978.