Sembra assurdo, ma la stampa 3D può offrire un importante supporto alla ricerca della fusione nucleare. Lo dimostra l’ultimo progetto del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) negli Stati Uniti, in cui un team di ricercatori ha sviluppato una tecnica in grado di stampare capsule di combustibile (appunto) in 3D.
Fusione nucleare e il problema delle capsule di combustibile
Pochi sanno, ma i problemi della fusione nucleare non riguardano soltanto lo sviluppo di solide teorie o di un valido hardware, ma anche il packaging utilizzato per il “carburante”. È il caso della produzione delle cosiddette capsule di combustibile, ancora oggi uno degli ostacoli principali nello sviluppo della fusione nucleare, soprattutto quella pulita.
Si tratta di minuscole sfere di diamante cavo, che racchiudono il deuterio e il trizio (DT) necessari per i processi alla base della fusione nucleare. Posizionate in un cilindro dorato chiamato hohlraum, queste capsule vengono colpite da laser ad alta intensità che portano alla fusione degli isotopi di idrogeno al loro interno, generando così più energia di quella necessaria per avviare la reazione.
Come anticipato sopra, la problematica principale è la produzione di queste capsule, che richiede precisioni estreme. Basta un’irregolarità anche minima per invalidarne l’uso. Ma oltre alle tempistiche, un altro ostacolo è anche la quantità da produrre. Una volta commercializzato, un reattore a fusione potrebbe richiedere almeno un milione di queste capsule al giorno.
Per questo la stampa 3D avanzata potrebbe offrire una potenziale soluzione per colmare le lacune scientifiche e tecnologiche dietro la produzione di queste capsule. E lo dimostra l’ultima innovazione dell’LLNL.
Come la stampa 3D rende più fattibile la fusione nucleare
Per affrontare questa sfida, l’LLNL ha avviato un progetto di ricerca che ha portato allo sviluppo di una tecnica di stampa 3D avanzata, chiamata polimerizzazione a due fotoni a doppia lunghezza d’onda (DW-2PP). Essa è in grado di realizzare capsule di combustibile con geometrie complesse e con una risoluzione submicronica.
In breve, questo approccio consente di creare capsule in schiuma umidificata. In esse il combustibile liquido viene assorbito uniformemente grazie all’azione capillare, riducendo drasticamente i tempi di produzione rispetto ai metodi tradizionali.
I progressi ottenuti con questo sistema sono già tangibili. Capsule stampate in 3D sono state recentemente utilizzate con successo in una serie di esperimenti al NIF, il National Ignition Facility. Contribuendo non solo alla ricerca sull’energia da fusione, ma anche alla sicurezza nazionale nell’ambito del programma sperimentale Stockpile Stewardship.
