La fusione nucleare viene spesso descritta come una delle possibili fonti energetiche del futuro: non produce emissioni dirette di gas serra e genera quantità di scorie radioattive irrisoria. Prima di trasformarla in una tecnologia realmente utilizzabile, però, rimangono numerosi ostacoli. Uno dei più importanti riguarda il combustibile.
La maggior parte dei reattori sperimentali, in particolare quelli a forma di ciambella chiamati tokamak, dovrebbe funzionare fondendo due isotopi dell’idrogeno: deuterio e trizio. La loro reazione produce un nucleo di elio, un neutrone e una grande quantità di energia. Il deuterio è relativamente facile da reperire, mentre il trizio è radioattivo ed estremamente raro sulla Terra. In natura compare quasi esclusivamente nell’atmosfera, dove viene prodotto dall’interazione con i raggi cosmici, ma solo in quantità minime (la fusione nucleare supera il test, ma la strada è in salita).
FLiBe e il mantello fertile
La soluzione potrebbe essere produrlo direttamente all’interno dei reattori. Per riuscirci, i neutroni generati dalla fusione dovrebbero colpire uno strato contenente litio, chiamato mantello fertile, innescando la formazione di nuovo trizio. Tra i materiali più promettenti c’è FLiBe, un sale fuso composto da fluoruro di litio e fluoruro di berillio, capace di resistere alle temperature estreme previste nei reattori.
Lo studio con supercomputer e processori quantistici
Un gruppo di ricercatori della Cleveland Clinic, dell’Oak Ridge National Laboratory, di IBM e della Michigan State University ha utilizzato sistemi di calcolo che combinano supercomputer tradizionali e processori quantistici per studiare questo materiale. Le simulazioni hanno individuato nove diverse configurazioni molecolari di FLiBe, fornendo nuove informazioni sulla sua struttura elettronica, sul comportamento degli atomi e sulla forza dei legami coinvolti nella possibile produzione di trizio.
Il risultato non significa che il problema sia già stato risolto... purtroppo! Le configurazioni esistono per ora soltanto all’interno delle simulazioni e dovranno essere verificate con esperimenti di laboratorio. La ricerca, pubblicata come preprint su arXiv, dimostra però che il calcolo quantistico può già essere impiegato per selezionare le soluzioni più promettenti, evitando test costosi e destinati a fallire.
I progressi recenti della fusione nucleare
Negli ultimi anni la fusione ha comunque raggiunto traguardi importanti. Nel 2022, il Lawrence Livermore National Laboratory è riuscito per la prima volta a ottenere da una reazione più energia di quella fornita direttamente al combustibile per innescarla. Altri esperimenti hanno mantenuto il plasma caldo per oltre 1.300 secondi. Rimane però necessario trasformare questi risultati in un sistema continuo, efficiente e capace di produrre il proprio combustibile. Intanto abbiamo accesso le prime lampadine grazie al plasma.
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