La minuscola sfera di diamante che potrebbe sbloccare energia pulita

All'1:03 di lunedì 5 dicembre, gli scienziati del National Ignition Facility in California hanno puntato il loro raggio laser da 192 raggi verso un cilindro contenente una minuscola capsula di carburante di diamante.

Quella potente esplosione di luce laser ha creato temperature e pressioni immense e ha innescato una reazione di fusione, la reazione che alimenta il sole.

Il National Ignition Facility (NIF), parte del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), aveva già condotto tali esperimenti, ma questa volta l'energia che uscì dalla reazione era maggiore della potenza del laser utilizzata per innescarla.

Gli scienziati cercano da decenni di raggiungere tale soglia e la speranza è, un giorno, di costruire centrali elettriche che utilizzino una reazione di fusione per generare elettricità abbondante e priva di emissioni di carbonio.

E' ancora lontano. Nel frattempo, c’è ancora molto lavoro da fare per sviluppare la tecnologia.

Uno dei componenti chiave del NIF è una capsula di diamante sintetico delle dimensioni di un granello di pepe, che contiene il carburante. Le proprietà di quella capsula sferica sono cruciali per creare un esperimento di fusione di successo.

La sfera deve essere perfettamente liscia e priva di contaminanti: eventuali anomalie potrebbero rovinare la reazione.

Tuttavia, quelle sfere progettate con precisione non sono prodotte in California. Sono il risultato di anni di lavoro di Diamond Materials, azienda con sede a Friburgo, in Germania.

"I requisiti per le capsule [sferiche] sono molto elevati", afferma Christoph Wild che, insieme a Eckhard Wörner, è amministratore delegato di Diamond Materials.

"Collaboriamo strettamente con Lawrence Livermore e cerchiamo di ridurre al minimo difetti come impurità, cavità o pareti irregolari."

Il team di 25 persone di Diamond Materials produce diamanti sintetici attraverso un processo chiamato deposizione chimica da vapore.

Sono necessari circa due mesi per creare ciascun lotto di 20-40 capsule, realizzate stratificando minuziosamente minuscoli cristalli di diamante attorno a un nucleo di carburo di silicio e lucidando ripetutamente.

Durante il processo di sviluppo scoprirono che anche la lucidatura più meticolosa non era sufficiente poiché a livello microscopico la superficie era ancora bucherellata e irregolare.

Lavorando con i team della LLNL, alla fine hanno scoperto che potevano smaltare una capsula lucida con un nuovo strato di cristalli di diamante per ottenere la finitura pulita a specchio di cui avevano bisogno.

Più tecnologia aziendale:

Quando le capsule di diamante arrivano al LLNL, il nucleo di silicio viene rimosso e un minuscolo tubo di vetro viene utilizzato per riempire la sfera cava con deuterio e trizio, entrambi tipi pesanti di idrogeno, che alimentano la reazione di fusione.

"Intorno a quella pastiglia di combustibile c'è un cilindro d'oro e di uranio impoverito", spiega Mike Farrell, vicepresidente della tecnologia di fusione inerziale presso General Atomics, che è il più grande partner industriale di LLNL.

Il terzo e ultimo strato della capsula è un cilindro di alluminio che viene utilizzato per raffreddare il contenuto della capsula prima della reazione.

Un'altra area tecnologica cruciale per il NIF è l'ottica, ovvero tutto ciò che supporta la trasmissione, il rilevamento o l'utilizzo della luce.

Poiché NIF utilizza il laser più potente del mondo, utilizza molta di quella tecnologia e i componenti ottici vengono danneggiati ogni volta che la macchina viene accesa.

Dall'inizio degli anni '70, NIF ha lavorato a stretto contatto con produttori di ottica come Zygo Corporation e il produttore di vetro specializzato SCHOTT per mettere a punto e fornire parti di ricambio, nonché detriti e schermi anti-esplosione.

Dopo il successo dell'esperimento di dicembre, la prossima sfida per NIF e i suoi partner sarà quella di migliorare ulteriormente la tecnologia per replicare e migliorare la reazione.

Mike Farrell spera che questo passo avanti possa contribuire a promuovere il sostegno per ulteriori ricerche. "L'esperimento ha cambiato l'opinione scientifica. L'accensione è sempre stata considerata quasi irraggiungibile, [o qualcosa che potrebbe accadere solo] 40 anni nel futuro. Il risultato di dicembre è stato illuminante."

Tornata a Friburgo, Diamond Materials spera di poter investire più tempo nella ricerca. "Circa il 20% del nostro team è impegnato nella ricerca e anche noi due amministratori delegati siamo fisici", afferma Wild.