By Jason Palmer Science and technology reporter, BBC News[/lang_en]
[lang_en]Hiper already has a vision for how fusion energy could be harnessed and distributed[/lang_en][lang_it]Hiper ha gia’ una visione su come l’energia da fusione potrebbe essere imbrigliata e distribuita[/lang_it]
[lang_en]The UK has formally joined forces with a US laser lab in a bid to develop clean energy from nuclear fusion.
Unlike fission plants, the process uses lasers to compress atomic nuclei until they join, releasing energy.
The National Ignition Facility (Nif) in the US is drawing closer to producing a surplus of energy from the idea.
The UK company AWE and the Rutherford Appleton Laboratory have now joined with Nif to help make laser fusion a viable commercial energy source.
At a meeting this week sponsored by the Institute of Physics and held at London’s Royal Society, a memorandum of understanding was announced between the three facilities.
The meeting attracted scientists and industry members in an effort to promote wider UK involvement with the technology that would be required to make laser fusion energy plants possible.
“This is an absolutely classic example of the connections between really high-grade theoretical scientific research, business and commercial opportunities, and of course a fundamental human need: tackling pressures that we’re all familiar with on our energy supply,” said David Willetts, the UK’s science minister.
The idea of harvesting energy from nuclear fusion is an old one.
The UK has a long heritage in a different approach to accomplishing the same goal, which uses magnetic fields; it is home to the Joint European Torus (Jet), the largest such magnetic facility in the world and a testing ground for Iter, the International Thermonuclear Experimental Reactor.
But magnetic fusion attempts have in recent years met more and more constricting budget concerns, just as Nif was nearing completion.
Part of the problem has been that the technical ability to reach “breakeven” – the point at which more energy is produced than is consumed – has always seemed distant. Detractors of the idea have asserted that “fusion energy is 50 years away, no matter what year you ask”.
But Mr Willetts told the meeting that was changing.
“I think that what’s going on both in the UK and in the US shows that we are now making significant progress on this technology,” he said. “It can’t any longer be dismissed as something on the far distant horizon.”
The Rutherford Appleton Lab is where the idea of fusion energy was first proved, and both that laboratory and the AWE play host to high-intensity lasers that can act as proving grounds for future technology.
Ignition keys
The laser fusion idea uses pellets of fuel made of isotopes of hydrogen called deuterium and tritium. A number of lasers are fired at the pellets in order to compress the fuel to just hundredths of its starting size.
In the process, the hydrogen nuclei fuse to create helium and fast-moving subatomic particles called neutrons whose energy, in the form of heat, can be captured and used for the comparatively old-fashioned idea of driving a steam turbine.
Laser fusion at Nif – the basics
- 192 laser beams are focused through holes in a target container called a hohlraum
- Inside the hohlraum is a 2mm pellet containing an extremely cold mixture of hydrogen isotopes
- Lasers strike the hohlraum’s walls, which in turn radiate X-rays
- The X-rays strip material from the outer shell of the fuel pellet, heating it up to millions of degrees
- The escaping material compresses the fuel by hundreds of times
- If the compression of the fuel is high enough and uniform enough, the hydrogen isotopes can fuse, creating helium and releasing “hot” neutrons
The aim is to achieve “ignition” of the fuel for which Nif is named – a self-sustaining fusion reaction that would far surpass breakeven.
Nif’s director Ed Moses told the meeting that ignition was drawing ever nearer.
“Our goal is to have ignition within the next couple of years,” he said.
“We’ve done fusion at fairly high levels already. Even on Sunday night, we did the highest fusion yield that has ever been done.”
Dr Moses said that a single shot from the Nif’s laser – the largest in the world – released a million billion neutrons and produced for a tiny fraction of a second more power than the world was consuming.
But for ignition, that number would need to rise by about a factor of 1,000.
The UK leads the High-Power Laser Energy Research (Hiper), a pan-European project begun in 2005 to move laser fusion technology toward a commercial plant.
“We recognised several years ago with Nif… and the ignition that was likely to occur, that the profile of fusion would be raised,” said John Collier, the director of Hiper.
“We were thinking: ‘what would be a way forward, how could Europe define a strategic route for laser power production to take advantage of these developments?’ And that was the kernel of Hiper.”
Both Hiper and Life, a similar effort at Nif, estimate that a functioning laser power plant would need to cycle through more than 10 fuel pellets each second – a million each day. Nif, since its completion in 2009, has undertaken only 305 such shots in its quest for ignition.
Professor Collier said the technological challenges that presented were incredible opportunities.
“The BMW plant in Oxford is producing one Mini a minute – you think of the complexity of that and you wouldn’t think that’s possible,” he said.
“But these are tractable things; Lego bricks, bullets – these things are made in huge quantities and there are huge intellectual property opportunities for those people, those industries that get in.”
La Gran Bretagna ha formalmente stretto un’alleanza con un laboratorio statunitense con l’intento di sviluppare una fonte di energia pulita tramite la fusione nucleare.
9 Settembre 2011
Di Jason Palmer, corrispondente per la Scieza e tecnologia, BBC News
A differenza degli impianti a fissione, il processo impiega dei laser per comprimere i nuclei degli atomi fino a farli unire, generando energia.
La National Ignition Facility (Nif) negli Stati Uniti e’ sul punto di produrre un surplus di energia partendo da questa idea.
L’azienda britannica AWE ed il Rutherford Appleton Laboratory si sono ora uniti al Nif per contribuire a rendere la fusione a laser una fonte di energia che sia commercialmente sfruttabile.
Durante un incontro tenutosi questa settimana alla Royal Society di Londra, sponsorizzato dall’Istituto di Fisica, e’ stato annunciato un memorandum d’intesa fra i tre laboratori.
L’incontro ha coinvolto scienziati e rappresentanti dell’industria in uno sforzo di promuovere un piu’ ampio coinvolgimento britannico in questa tecnologia, necessario per rendere possibile la costruzione di impianti energetici basati sulla fusione a laser.
“Questo e’ un il piu’ classico degli esempi di collegamento fra la ricerca scientifica teorica di altissimo livello, il mondo dell’economia e delle opportunita’ commerciali, e ovviamente un’esigenza umana di base: affrontare le pressioni che tutti noi ben conosciamo sul nostro approvvigionamento energetico”, ha affermato David Willetts, ministro britannico della scienza.
L’ idea di ottenere energia dalla fusione nucleare e’ antica.
Ma i tentativi di ottenere la fusione magnetica in anni recenti hanno incontrato sempre maggiori problemi di finanziamento, proprio mentre si stava completando la costruzione del Nif.
Una parte del problema riguardava l’impressione che capacita’ di raggiungere il pareggio – il punto al quale si produce piu’ energia di quanta se ne consumi – fosse ancora lontana. I critici sostenevano che “l’energia da fusione richiede sempre altri 50 anni per essere realizzata, indipendentemente da quale sia considertao l’anno di partenza”.
Ma Willetts ha affermato durante l’incontro che le cose stanno cambiando.”Penso che cio’ che sta accadendo sia in Gran Bretagna che negli Stati Uniti dimostra che stiamo facendo notevoli progressi con questa tecnologia,” ha dichiarato. “Non si puo’ piu’ minimizzarla come qualcosa che appartiene ad un futuro remoto.”
Il Rutherford Appleton Lab e’ il luogo dove l’idea dell’energia da fusione e’ stata dimostrata per la prima volta, e sia questo laboratorio sia l’AWE sono dotati di laser ad alta intensita’ che possono fungere da impianti sperimentali per tecnologie future.
Chiavi di accensione
L’idea di fusione usa dei pellet di carburante fatti da isotopi dell’ idrogeno, il deuterio ed il tritio. Una serie di laser colpiscono i pellet per comprimere il carburante fino a centesimi del volume originale.
Nel corso di questo processo, i nuclei di idrogeno si fondono per creare elio e particelle subatomiche ad alta velocita’, i neutroni, la cui energia, sotto forma di calore, puo’ essere catturata ed usata per l’idea, relativamente fuori moda, di avviare una turbina a vapore.
Fusione laser al Nif – concetti di base
- 192 raggi laser vegono messi a fuoco, tramite fori, in un contenitore bersaglio chiamato hohlraum
- Dentro lo hohlraum si trova un pellet da 2 mm che contiene una miscela freddissima di isotopi di idrogeno
- I laser colpiscono le pareti dello hohlraum, che a loro volta emettono raggi X
- I raggi X strappano materiale dal rivestimento esterno del pellet di carburante e lo riscaldano ad una temperatura di milioni di gradi
- Il materiale che sfugge comprime il carburante centinaia di volte
- Se la compressione del carburante e’ abbastanza intensa e abbastanza uniforme, gli isotopi di idrogeno possono fondersi, creando elio e rilasciando neutroni “caldi”
L’obiettivo e’ ottenere l'”accensione” del carburante, dalla quale il Nif prende il nome (* National Ignition Facility = Impianto Nazionale di Fusione) – una reazione di fusione autoalimentante che supererebbe ampiamente il punto di pareggio.
Il direttore del Nif, Ed Moses, ha affermato durante l’incontro che si avvicina sempre di piu’ il momento in cui l’accensione sara’ possibile.
“Il nostro obiettivo e’ arrivare all’accensione entro il prossimo paio di anni”, ha dichiarato.
“Abbiamo gia’ realizzato la fusione a livelli piuttosto alti. Anche domenica, notte, abbiamo ottenuto il rendimento da fusione piu’ alto che si sia mai verificato.”
Il dr. Moses ha affermato che un solo bombardamento dal laser del Nif – il piu’ grande del mondo – ha liberato un milione di miliardi di neutroni e prodotto per una piccola frazione di secondo piu’ energia di quanta tutto il mondo stesse consumando.
Ma per arrivare all’accensione, quel numero dovrebbe aumentare di circa 1000 volte.
La gran Bretagna dirige l’High-Power Laser Energy Research (Hiper), un progetto pan-europeo iniziato nel 2005 per far progredire la tecnologia della fusione a laser fino alla realizzazione di un impianto commerciale.
“Ci siamo resi conto diversi anni fa con il Nif… e con l’accensione che diventava probabile, che la fusione sarebbe diventata molto piu’ interessante,” ha affermato John Collier, il direttore di Hiper.
“Ci siamo chiesto: ‘come potremmo fare dei passi avanti, come potrebbe l’Europa elaborare un percorso strategico per la produzione di energia a laser per approfittare di questi sviluppi?’ E questo e’ stato il nucleo originario di Hiper.”
Sia Hiper che Life, un progetto simile al Nif, valutano che un impianto energetico a laser funzionante dovrebbe sostenere un ciclo di piu’ di 10 pellet di carburante al secondo – un milione al giorno. Il Nif, da quando e’ stato completato nel 2009, ha realizzato solo 305 di questi bombardamenti laser, nei suoi tentativi di arrivare all’accensione.
Il professor Collier ha affermato che le sfide tecnologiche di questa situazione sono incredibili opportunita’.
“La fabbrica BMW a Oxford produce una Mini al minuto – se pensate a quanto e’ complesso, credereste che non sia possibile”, ha aggiunto.
“Ma questi sono problemi risolvibili; mattoncini Lego, pallottole – sono oggetti prodotti in enormi quantita’ e ci sono enormi possibilita’ di proprieta’ intellettuale per gli indidivui e le industrie che vorranno entrare in questo settore.”