L’energia da fusione nucleare, da sempre fonte di luce e calore per le stelle, si prepara a entrare in una nuova era anche sulla Terra. Il reattore ITER in Francia, ormai in costruzione da oltre un decennio, sta per integrare lo spettrometro ad alta risoluzione High Resolution Neutron Spectrometer (HRNS), un sistema diagnostico avanzato progettato per monitorare in dettaglio il plasma del reattore e ottimizzare la produzione di energia.
Un sistema diagnostico all’avanguardia per ITER
Il reattore sperimentale ITER, situato a Cadarache, sarà il primo dispositivo in grado di produrre diverse volte più energia di quanta ne consumi. Ma per controllare il plasma – costituito da isotopi di idrogeno come deuterio e trizio – è fondamentale conoscere il flusso e l’energia dei neutroni emessi durante la fusione.
Il nuovo HRNS, sviluppato da fisici e ingegneri dell’IFJ PAN di Cracovia, dell’Università di Uppsala e dell’Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi di Milano, permetterà di ottenere queste informazioni con altissima precisione.
Come spiega il Dr. Jan Dankowski, il dispositivo “ci consente di misurare sia il numero che l’energia dei neutroni emessi dal plasma nell’intero intervallo di potenza di fusione previsto per il reattore ITER. Questo ci fornisce informazioni sulle proporzioni di deuterio e trizio, isotopi dell’idrogeno che si combinano tra loro all’interno della camera di reazione“.
Per chi non lo sapesse, la fusione nucleare rappresenta una fonte di energia “verde”, perché sfrutta reazioni simili a quelle stellari, senza rischi di esplosione o dispersione di materiale radioattivo su larga scala. Il deuterio è presente in abbondanza negli oceani, mentre il trizio può essere prodotto all’interno del reattore stesso tramite l’interazione con il litio.
All’interno del tokamak ITER, il plasma viene mantenuto isolato grazie a campi magnetici e riscaldato fino a 150 milioni di Kelvin. I neutroni prodotti, essendo elettricamente neutri, escono dal plasma e trasferiscono energia alle pareti del reattore, permettendo il recupero dell’energia e la produzione di trizio. Attraverso l’analisi di questi neutroni è dunque possibile fornire indicazioni preziose per comprendere l’andamento della reazione.
La complessità del rilevamento dei neutroni
L’HRNS è strutturato in quattro sub-unità indipendenti, ognuna progettata per differenti intensità di flusso neutronico. Tra queste troviamo il TPR (Thin-foil Proton Recoil), il NDD (Neutron Diamond Detector) e due sistemi di Time-of-Flight (FTOF e BTOF), che misurano i tempi di volo dei neutroni per stimarne l’energia.
Questi sistemi, installati dietro spesse pareti di cemento con aperture di pochi centimetri, sono in grado di rilevare neutroni fino a centinaia di milioni per centimetro quadrato al secondo.
Oltre ai neutroni, il rilevamento registra altre particelle e radiazioni secondarie, creando un segnale complesso. Per interpretarlo correttamente e ottenere dati affidabili su deuterio e trizio, i ricercatori devono comprendere a fondo le interferenze dovute al rumore di fondo.
Gli scienziati prevedono che entro due anni verrà sviluppato un prototipo di spettrometro neutronico ad alta risoluzione per il reattore a fusione ITER.
