La fusione a confinamento magnetico è un approccio alla fusione nucleare che prevede la sospensione di un plasma (gas ionizzato) in un campo magnetico e l’aumento della sua temperatura e pressione a livelli elevati. La fusione nucleare è un tipo di energia nucleare prodotta quando nuclei atomici leggeri – idrogeno, deuterio, trizio o elio – sono fusi insieme a grandi temperature e pressioni. Tutta la luce e il calore del Sole derivano dalle reazioni di fusione nucleare in corso nel suo nucleo. È attraverso questo che il Sole può esistere del tutto: la pressione verso l’esterno delle reazioni di fusione bilancia la tendenza al collasso gravitazionale.
Sebbene l’umanità abbia sfruttato l’energia di fissione – rompendo nuclei pesanti – per l’energia nucleare, il potere di fusione di successo ci sfugge ancora. Finora, ogni tentativo di generare energia da fusione consuma più energia di quanta ne produca. La fusione a confinamento magnetico è uno dei due approcci popolari alla fusione nucleare: l’altro è la fusione a confinamento inerziale, che prevede il bombardamento di una pallottola di combustibile con laser ad alta potenza. Attualmente esiste un progetto multimiliardario che persegue ogni percorso: la National Ignition Facility negli Stati Uniti sta perseguendo la fusione a confinamento inerziale e l’International Thermonuclear Experimental Reactor, un progetto internazionale, sta perseguendo la fusione a confinamento magnetico.
Gli esperimenti sulla fusione a confinamento magnetico iniziarono nel 1951, quando Lyman Spitzer, fisico e astronomo, costruì lo Stellerator, un dispositivo di confinamento al plasma a forma di otto. Un importante passo avanti avvenne nel 1968, quando gli scienziati russi presentarono al pubblico il design del tokamak, un toro che sarebbe stato il design della maggior parte dei dispositivi di fusione a confinamento magnetico a venire. Nel 1991, c’è stato un altro passo avanti con la costruzione di START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) nel Regno Unito, uno spheromak, o un tokamak sferico. I test hanno dimostrato che questo dispositivo è circa tre volte migliore della maggior parte dei tokamak nell’iniziare le reazioni di fusione e gli sferomak continuano a essere un’area di indagine in corso nella ricerca sulla fusione.
Affinché le reazioni di fusione siano efficienti, il centro di un reattore tokamak deve essere riscaldato a temperature di circa 100 milioni di Kelvin. A temperature così elevate, le particelle hanno un’enorme energia cinetica e cercano costantemente di fuggire. Una ricerca sulla fusione confronta la sfida della fusione a confinamento magnetico con quella di spremere un palloncino: se si preme forte su un lato, salta fuori dall’altro. Nella fusione a confinamento magnetico, questo “saltare fuori” fa sì che le particelle ad alta temperatura si scontrino con la parete del reattore, raschiando frammenti di metallo in un processo noto come “sputtering”. Queste particelle assorbono energia, abbassando la temperatura totale del plasma confinato e rendendo difficile il raggiungimento della giusta temperatura.
Se l’energia da fusione potesse essere dominata, potrebbe diventare una fonte di energia senza pari per l’umanità, ma anche i ricercatori più ottimisti non si aspettano la generazione di energia commerciale prima del 2030.