Un gruppo internazionale di ricerca guidato dall’Istituto per la Scienza e la Tecnologia del Plasma del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISTP) di Milano ha compiuto un importante passo avanti nel campo dell’energia nucleare, risolvendo una delle principali sfide legate all’uso dei reattori a fusione nucleare: misurare la potenza ottenuta nelle nuove macchine basate sulla reazione di deuterio e trizio.
Le sfide della misurazione della potenza nei reattori a fusione nucleare
Oggi per la misurazione della potenza della fusione nucleare nei reattori si utilizza la tecnica del conteggio dei neutroni liberi generati dalla fusione tra deuterio e trizio, i due isotopi dell’idrogeno.
Una tecnica che presenta sia pro che contro. Da una parte la quantità di neutroni prodotti dalla fusione di questi due isotopi fornisce una stima diretta del numero di reazioni di fusione avvenute, permettendo quindi una misurazione effettiva della potenza.
Dall’altra, però, la complessità nell’emissione e nel trasporto dei neutroni all’interno del tokamak, nonché la loro interazione con i materiali del reattore, rendono necessaria l’adozione di codici di simulazione sofisticati e costose campagne di calibrazione.
Proprio per ridurre questi oneri il CNR-ISTP, in collaborazione con le università di Milano-Bicocca e Milano, il centro di ricerca ENEA a Frascati e altri partner europei del progetto “GETART”, ha individuato un nuovo metodo per misurare la potenza nei reattori a fusione.
Un metodo basato sulla misurazione dei raggi gamma emessi dal decadimento dell’elio-5, e che si sta dimostrando un’alternativa promettente al tradizionale conteggio dei neutroni.
I due studi italiani sui raggi gamma
Questo innovativo approccio è stato oggetto di due pubblicazioni scientifiche su Physical Review C e Physical Review Letters. Il primo studio è spiegato da Marica Rebai, ricercatrice del Cnr-Istp e prima autrice della ricerca:
“Il nuovo metodo sviluppato si basa sulla misura assoluta di due raggi gamma con energie di circa 13 MeV e 17 MeV, emessi nel decadimento dell’elio-5: da questa misura, mai effettuata prima con sufficiente accuratezza, è stato possibile determinare le energie e le intensità relative con cui vengono emessi i due raggi gamma”.
Un ulteriore studio, condotto da Andrea Dal Molin e Davide Rigamonti, ha consentito di determinare il rapporto di diramazione (branching ratio) dell’emissione dei raggi gamma rispetto alla produzione di neutroni, stabilendo che per ogni 42.000 neutroni da 14 MeV emessi si verifica un’emissione di raggi gamma.
“Questo risultato apre la strada all’uso della misurazione assoluta dei raggi gamma come metodo alternativo e complementare a quello dei neutroni per determinare la potenza nei nuovi reattori a fusione come ITER e SPARC”.
Secondo il coordinatore del progetto, Marco Tardocchi, direttore di ricerca presso CNR-ISTP:
“Questo tipo di misura basata sul conteggio assoluto dei raggi gamma rappresenta l’unica tecnica possibile anche in vista dell’utilizzo di futuri reattori basati su combustibili alternativi che non producono neutroni, ad esempio, quelli basati sulla fusione di deuterio ed elio-3 o protone e boro-11”.
Gli esperimenti sono stati condotti presso l‘impianto Joint European Torus (JET) nel Regno Unito, il più grande esperimento di fusione nucleare al mondo, durante la campagna sperimentale denominata DTE2, e sono stati in parte finanziati dal consorzio europeo EUROfusion, di cui l’Italia è partner.
