L'approccio alla produzione di energia da fusione del Regno Unito ha preso forma con l'annuncio del programma STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) nel 2019. La sua prima fase (2019-2024) si è conclusa con la pubblicazione di un concept design per il prototipo di centrale elettrica a fusione integrata. Sarà basato sull'uso del campo magnetico per confinare il plasma utilizzando una macchina tokamak, tuttavia STEP del Regno Unito utilizzerà un tokamak sferico invece del tradizionale tokamak a forma di ciambella utilizzato presso ITER. Si ritiene che un tokamak sferico abbia diversi vantaggi. L'impianto sarà costruito nel Nottinghamshire e si prevede che sarà operativo nei primi anni del 2040.
La necessità di una fonte affidabile di energia pulita per soddisfare la crescente domanda energetica della popolazione e dell'economia mondiale in crescita, che potrebbe contribuire a risolvere rapidamente le sfide (poste dai combustibili fossili esauribili, dalle emissioni di carbonio e dai cambiamenti climatici, dai rischi ambientali associati ai reattori a fissione nucleare e dalla scarsa scalabilità delle fonti rinnovabili), non è mai stata così intensamente avvertita come nel momento attuale.
In natura, la fusione nucleare alimenta le stelle, incluso il nostro sole, che avviene nel nucleo delle stelle dove prevalgono le condizioni di fusione (vale a dire temperatura estremamente elevata nell'intervallo di centinaia di milioni di gradi centigradi e pressione). La capacità di creare condizioni di fusione controllate sulla Terra è fondamentale per un'energia pulita illimitata. Ciò comporta la creazione di un ambiente di fusione con una temperatura molto elevata per provocare collisioni ad alta energia, che abbia una densità di plasma sufficiente ad aumentare la probabilità di collisioni e che possa confinare il plasma per una durata sufficiente a consentire la fusione. Ovviamente, l'infrastruttura e la tecnologia per confinare e controllare il plasma surriscaldato sono i requisiti fondamentali per lo sfruttamento commerciale dell'energia di fusione. Diversi approcci vengono esplorati e applicati in tutto il mondo per il confinamento del plasma verso la realizzazione commerciale dell'energia di fusione.
Fusione a confinamento inerziale (ICF)
Nell'approccio di fusione inerziale, le condizioni di fusione vengono create comprimendo e riscaldando rapidamente una piccola quantità di combustibile di fusione. Il National Ignition Facility (NIF) presso il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilizza la tecnica di implosione laser-driven per far implodere capsule riempite con combustibile deuterio-trizio utilizzando raggi laser ad alta energia. Il NIF ha ottenuto l'accensione da fusione per la prima volta nel dicembre 2022. Successivamente, l'accensione da fusione è stata dimostrata in tre occasioni nel 2023, il che ha confermato la prova di concetto che la fusione nucleare controllata può essere sfruttata per soddisfare le esigenze energetiche.
Approccio al confinamento magnetico del plasma
L'uso di magneti per confinare e controllare il plasma per la fusione è stato sperimentato in molti luoghi. IITER, la più ambiziosa collaborazione per l'energia da fusione di 35 nazioni con sede a St. Paul-lez-Durance nel sud della Francia, utilizza un toro ad anello (o dispositivo magnetico a ciambella) chiamato tokamak, progettato per confinare il combustibile di fusione per lunghi periodi a temperature sufficientemente elevate da consentire l'accensione della fusione. Un concetto leader di confinamento del plasma per le centrali elettriche a fusione, i tokamak possono mantenere in corso la reazione di fusione finché c'è stabilità del plasma. Il tokamak di ITER sarà il più grande al mondo.
Programma di fusione STEP (Tokamak sferico per la produzione di energia) del Regno Unito:
Come ITER, il programma di fusione STEP del Regno Unito si basa sul confinamento magnetico del plasma tramite tokamak. Tuttavia, il tokamak del programma STEP avrà una forma sferica (invece di quella a ciambella di ITER). Un tokamak sferico è compatto, conveniente e potrebbe essere più facile da scalare.
Il programma STEP è stato annunciato nel 2019. La sua prima fase (2019-2024) si è conclusa con la pubblicazione di un concept design per il prototipo di propulsore a fusione integrato.
Un numero tematico di Philosophical Transactions A della Royal Society, intitolato “Fornitura di energia da fusione: il Tokamak sferico per la produzione di energia (STEP)"composto da 15 articoli sottoposti a revisione paritaria è stato pubblicato il 26 agosto 2024 e descrive in dettaglio i progressi tecnici del programma per progettare e costruire il primo prototipo di impianto del Regno Unito per produrre elettricità dalla fusione. Gli articoli catturano un'istantanea completa della progettazione e delineano le tecnologie richieste e la loro integrazione in un prototipo di impianto entro i primi anni del 2040.
Il programma STEP mira ad aprire la strada alla fattibilità commerciale della fusione dimostrando energia netta, autosufficienza di combustibile e una via praticabile per la manutenzione dell'impianto. Adotta un approccio olistico per fornire un impianto prototipo completamente operativo che consideri anche la dismissione come parte della progettazione.
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Riferimenti:
- Governo del Regno Unito. Comunicato stampa: Regno Unito leader mondiale nella progettazione di centrali a fusione. Pubblicato il 03 settembre 2024. Disponibile su https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Delivering Fusion Energy – The Spherical Tokamak for Energy Production (STEP). L'edizione tematica della Royal Society di Philosophical Transactions A,. Tutti i 15 articoli sottoposti a revisione paritaria nel numero tematico pubblicato il 26 agosto 2024. Disponibile su https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- I ricercatori del Regno Unito svelano uno scorcio dei progetti per una nuova centrale elettrica a fusione. Science. 4 settembre 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
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