Dopo sette anni di sperimentazione, il Regno Unito ha attivato il dispositivo da 55 milioni di sterline che fungerà da banco di prova per i futuri impianti di produzione di energia, fornendo supporto anche per gli studi fisici del progetto ITER.
Il reattore a fusione del Regno Unito, conosciuto con il nome di Mega Amp Spherical Tokamak (MAST) Upgrade, è stato acceso per la prima volta dopo sette anni di costruzione a Culham, nell’Oxfordshire, a fine ottobre. Il dispositivo da 55 milioni di sterline farà da test-bed per le tecnologie essenziali di tutti i futuri reattori a fusione e potrebbe diventare un trampolino di lancio per una nuova tipologia di impianto di produzione di energia.
MAST Upgrade è una variante del tokamak (acronimo russo per “camera toroidale magnetica”) standard, sul quale invece si basa il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in costruzione a Cadarache, nel Sud della Francia. Rispetto a quest’ultimo, MAST presenta una forma sferica, più simile al torsolo di una mela che a una ciambella, in quanto i suoi sviluppatori ritengono che tale soluzione possa conferire maggiore stabilità al plasma rispetto alla forma toroidale.
I ricercatori britannici sperano che MAST Upgrade possa dimostrare un miglioramento delle prestazioni sufficiente a giustificare l’implementazione del piano per la costruzione di un prototipo di centrale a fusione nucleare con tokamak sferico. Per questo motivo, nel 2019 hanno incominciato a lavorare su un progetto per il tokamak sferico destinato alla produzione di energia grazie a un finanziamento governativo di 220 milioni di sterline. Questa macchina di nuova generazione potrebbe essere attiva per il 2040.
Il sottosegretario britannico per la Scienza, la Ricerca e l’Innovazione, Amanda Solloway, ha affermato: “Vogliamo che il Regno Unito diventi un leader mondiale nell’energia da fusione e che ne capitalizzi l’incredibile potenziale come fonte di energia pulita che potrebbe durare per centinaia di anni”.
Un progetto aggiornato
Una prima versione del MAST fu testata per la prima volta nel 1999 e rimase in funzione fino al 2013. Da quel momento è iniziata la costruzione della nuova versione, migliorata e più potente, grazie a una nuova tecnologia che consente prestazioni più elevate e un nuovo e innovativo “plasma exhaust system” (sistema di scarico del plasma).
Il sistema di scarico del tokamak (noto come “divertore”) lavora il combustibile esausto e il calore espulso dal plasma. I reattori a fusione creano quantità enormi di calore che possono danneggiare le componenti: per garantire che qualsiasi eventuale danno sia di entità minima, il plasma deve essere sufficientemente freddo nel punto in cui incontra le superfici del divertore. Ma i divertori esistenti non sono abbastanza resistenti, e per questo le loro componenti devono essere cambiate frequentemente, il che rende più difficile, per la fusione, la prospettiva di diventare una fonte di energia economicamente competitiva.
Il fattore Super-X
MAST Upgrade è il primo tokamak a utilizzare il divertore Super-X, ovvero un sistema di scarico progettato per ridurre i carichi di calore e potenza dalle particelle che lasciano il plasma. Ciò comporta una maggiore resistenza delle componenti del deviatore, che in questo modo non dovranno essere costantemente sostituite.
La ricerca sui tokamak sferici portata avanti dal Culham Centre for Fusion Energy (CCFE), che fa parte della UK Atomic Energy Authority (UKAEA), è considerata pioneristica dalla prestigiosa rivista scientifica americana “Science”, pubblicata dall’American Association for the Advancement of Science. Infatti, con un campo magnetico meno ampio rispetto al tradizionale a ciambella (come ITER), la configurazione sferica può ottenere prestazioni più efficienti e potrebbe favorire la realizzazione in futuro di centrali a fusione più piccole ed economiche.
I tre maggiori obiettivi di MAST Upgrade
Il programma ha dunque tre obiettivi essenziali per arrivare a una potenza di fusione più commerciale:
– Aggiungere conoscenza di base al progetto ITER, l’esperimento internazionale che sarà il precursore di una “DEMOnstration fusion power plant” (DEMO, ovvero un prototipo di centrale a fusione nucleare); MAST Upgrade aiuterà a risolvere importanti questioni sulla fisica del plasma e a sviluppare modelli per migliorare le prestazioni di ITER e garantire il suo successo.
– Testare idee alternative di divertori: il MAST Upgrade sarà la prima macchina a includere la capacità di sviluppare divertori Super-X e i relativi progetti, che in caso di successo potrebbero essere adottati da futuri dispositivi di fusione, come DEMO.
– Esaminare il caso di un futuro dispositivo di fusione basato su un tokamak sferico: per fare ciò, MAST Upgrade guarderà all’attuale impulso, al comportamento allo stato stazionario, alla gestione del flusso di calore elevato, al confinamento del plasma e all’affidabilità delle prestazioni.
“ITER è la prossima generazione dei dispositivi a fusione”, ha spiegato il fisico del CCFE Andrew Thornton. “MAST Upgrade lo supporterà, fornendo i dati degli esperimenti che facciamo qui per indicare come far funzionare quella macchina in futuro.”