La fusione nucleare ad ignizione veloce dell’ HiPER
17 Gennaio 2010 di AmministratoreLa redazione della rivista “Fusione Scienza e Tecnologia” (Intpress - International Press Pervice Associates) ci ha inviato un approfondimento sul progetto “HiPER” (High Power laser Energy Research facility).
Segue il testo inviatoci:
La fusione nucleare ad ignizione veloce dell’ HiPER
Quest’anno, il 2010, terminerĂ la progettazione dell'’HiPER, il laser ad alta potenza che verrĂ costruito in Europa per innescare la fusione a confinamento inerziale e si passerĂ alla fase realizzativi.
L’HiPER utilizzerĂ laser molto piĂą piccoli rispetto al NIF negli USA e il Laser Megajoule francese, ma è progettato per una produzione di energia di fusione di circa la stessa grandezza. AvrĂ infatti un “guadagno di fusione” molto piĂą elevato. Inoltre la sua costruzione comporterĂ costi piĂą contenuti, circa dieci volte e anche un tempo ridotto (5 anni). Questi notevoli miglioramenti, almeno sulla carta, sono dovuti sostanzialmente ad una nuova tecnica l’ignizione veloce della fusione nucleare inerziale
La fusione nucleare a confinamento inerziale tradizionale
La fusione nucleare a confinamento inerziale convenzionale usa l’onda d’urto generata da una laser che colpisce una pasticca, pochi mg di combustibile in genere deuterio e trizio, questa radiazione attraversa il combustibile denso per scaldarlo alle temperature di fusione. In pratica inizialmente la parte superficiale della pasticca vaporizza e per reazione un’onda d’urto comprime la sua parte interna fino ad arrivare alle condizione di fusione Il tutto avviene come in un motore diesel dove il combustibile è compresso fino a quando spontaneamente avviene l’ignizione.
Ciò comporta che la capsula sferica del combustibile sia altamente simmetrica e così anche la distribuzione di energia della radiazione laser incidente su di essa..
La fusione ad agnizione veloce
Nel nuovo schema di “ignizione veloce” dell’HiPER le fasi di compressione e di riscaldamento del combustibile vengono separate, il meccanismo è simile ad un motore a benzina. In questo motore infatti il combustibile è compresso dal pistone e l’ingnizione avviene attraverso la scintilla di una candela. Nel caso dell’inignizione veloce, i raggi laser che comprimono il combustibile funzionano come i pistoni che comprimono la benzina, essi portano la capsula del combustibile di fusione, inserita al vertice di un cono d’oro come in figura, ad alta densitĂ e temperatura.
La scintilla della candela in questo caso è fornita da un impulso laser molto breve, di multi KJ, che viene iniettato alla base del cono d’oro. Quando il laser interagisce con l’oro si forma un plasma e vengono prodotti elettroni molto energetici che attraversano la densa sfera del combustibile depositando la loro energia e portandola così alla temperatura di fusione.
Le caratteristiche dei laser per l’ingnizione veloce della fusione nucleare
Comparando la radiazione laser che comprime la pasticca di combustibile rispetto a quella che provoca l’innesco della fusione, la prima è fornita da un laser ad impulso lungo, in genere nanosecondi (10-9 secondi), mentre la seconda è ad impulsi molto più brevi, picosecondi o meno (10-12 secondi).
Per quanto riguarda il laser che comprime il combustibile si sta studiando un impulso laser (λ = 0,35 micometri) con un andamento temporale costituito da un preimpulso di alta potenza e di durata di un centinaio di ps seguito, dopo circa 3 ns, dall’impulso principale di 1,7 TW ( circa 1013 W/cmq) fino ad un valore massimo di 40 TW. Al termine dell’implosione una massa di circa 0.3 mg di combustibile è compressa ad una densitĂ di 300 g/cmc, con un picco di 500 g/cmc, e rimane in tale stato per circa 100 ps. L’energia dell’impulso per l’HiPER dovrebbe essere di 250 Kj. Il preimpulso serve a generare l’onda d’urto che decade rapidamente nello spazio e nel tempo.
L’energia dell’impulso del laser di ignizione, di circa 100 Kj, è dimensionato per innescare la fusione in un combustibile con densitĂ media di 300 g/cmc, in pratica il plasma prodotto dal cono d’oro dovrebbe produrre un fascio di elettroni al alta energia, 20 Kj in 16 ps, in grado di innescare la reazione di fusione. Nel caso delle simulazioni al computer si è visto che il combustibile compresso, irraggiato dagli elettroni, rilascia con la fusione nucleare fino a 13 MJ di energia con un guadagno energetico superiore a 50.
