Energia
Svelare la Fusione Sicura e Pratica – Nuove Scoperte sul Carburante Intrappolato
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Fusion & Fuel Efficiency
La fusione nucleare è potenzialmente la fonte di energia verde definitiva, non produce sottoprodotti pericolosi, radioattività (l’unico “waste” è l’elio), né gas serra. E potrebbe essere alimentata da un combustibile così abbondante da rappresentare una percentuale significativa dell’intero Universo: deuterio, un isotopo dell’idrogeno.
Ma questa è anche una forma di generazione di energia molto difficile da realizzare. Richiede di replicare sulla Terra le condizioni al centro del Sole, con pressioni enormi e decine o centinaia di milioni di gradi.
La fusione nucleare è stata ottenuta nei laboratori di fisica per decenni, ma una reazione di fusione con energia netta positiva deve ancora essere raggiunta. È questo che molti stanno cercando di realizzare, dal megaprogetto internazionale ITER ai progetti commerciali di fusione come Commonwealth Fusion Systems e Proxima Fusion.
La fattibilità commerciale dipenderà non solo dal raggiungimento di una generazione di plasma stabile e con energia positiva, ma anche dall’efficienza generale del processo.
Una domanda aperta è l’efficienza del combustibile. È noto che il deuterio viene parzialmente assorbito dalle pareti dei reattori a fusione tokamak. Ricercatori della Princeton University, dell’University of California, dell’University of Tennessee, del Sandia National Laboratory e di General Atomics stanno cercando di capirlo.
Fonte: Princeton University
Hanno pubblicato i loro risultati su Nuclear Materials and Energy1, con il titolo “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”.
Deuterium, Tritium & Fusion
Più leggero è un atomo, più energia potenziale viene rilasciata quando subisce la fusione nucleare. Perciò è logico che la maggior parte dei progetti di fusione nucleare si concentri sulla fusione di varianti dell’idrogeno, con l’opzione più popolare che è la fusione deuterio-trizio.
Fonte: Nature
Anche la fusione deuterio-deuterio è possibile, ma per ragioni tecniche si presume sia ancora più difficile da realizzare commercialmente. Per questo quasi tutti i progetti commerciali o i prototipi di progetti commerciali come ITER prevedono di utilizzare il deuterio-trizio come combustibile.
Un problema del trizio è che è radioattivo, a differenza del deuterio. Quindi non si vuole accumulare troppo trizio nel reattore, né perderne la traccia. Non è solo una questione di sicurezza, ma anche normativa.
“Ci sono limitazioni molto rigide su quanta trizio può essere presente in un dispositivo in qualsiasi momento. Se si supera quel limite, tutto si ferma e la licenza viene revocata.
Quindi, se si vuole avere un reattore funzionante, è necessario assicurarsi che il conteggio del trizio sia accurato. Se si supera il limite, è un ostacolo insormontabile.”
Poiché il combustibile deuterio-trizio sarà probabilmente utilizzato nei reattori di fusione nucleare commerciali, è molto importante sapere cosa accade al combustibile. E sappiamo già che una parte di esso viene assorbita dalle pareti del reattore.
Deuterium Absorption
Le pareti dei reattori a fusione nucleare sono fatte di grafite e rivestite di boro. Il boro aiuta a ridurre le impurità del plasma come ossigeno, carbonio e tungsteno.
Fonte: Nuclear Materials and Energy
È noto da tempo che queste pareti rivestite di boro assorbono parte del deuterio dal plasma. Tuttavia, il meccanismo e la quantità coinvolta non erano chiari.
Per comprenderlo, hanno eseguito test su DIII-D, un reattore a fusione tokamak di General Atomics.
Hanno scoperto che il colpevole dell’assorbimento del deuterio non era in realtà il boro, ma il carbonio.
Fonte: Nuclear Materials and Energy
Il carbonio e il boro insieme possono legarsi così strettamente al deuterio che sarebbero necessarie temperature intorno a 1.000 gradi Fahrenheit per rompere il legame, rendendo molto difficile rimuovere il combustibile senza danneggiare il sistema di fusione.
“Il carbonio deve essere ridotto al minimo. Anche se non possiamo azzerarlo, utilizziamo tutti i mezzi a nostra disposizione per ridurre la quantità di carbonio il più possibile.
Vogliamo eliminare tutto il carbonio e avere pareti di tungsteno pulite per garantire che i calcoli siano ancora più vicini a ciò che si sperimenterà in ITER.”
Finding Solutions
Scavando più a fondo, i ricercatori hanno scoperto che l’esposizione a un plasma con piccole quantità di contaminazione da carbonio aumentava significativamente la quantità di deuterio intrappolato.
Per ogni cinque unità di boro intrappolate in un campione, venivano intrappolate due unità di deuterio.
Il fenomeno è anche dipendente dalla temperatura. Oltre 600.000°K (1 milione °F), la ritenzione del deuterio è limitata, e la parete rilascia nuovamente il deuterio a 900.000°K.
Tuttavia, tali temperature che toccano il rivestimento della parete è meglio evitarle per la stabilità a lungo termine del materiale, quindi non è una soluzione pratica per evitare l’accumulo di combustibile nelle pareti del reattore.
Una soluzione più probabile è cercare di limitare al massimo assoluto le impurità di carbonio che possono penetrare nelle pareti del reattore, qualcosa che finora non si sapeva fosse così importante.
Ciò avrà un impatto pratico diretto sul design finale e sulla produzione delle pareti del reattore ITER.
“ITER e i dispositivi futuri dovrebbero fare attenzione a minimizzare la contaminazione da impurità di C per ridurre la ritenzione del deuterio.”
È anche probabile che limiti la praticità o la fattibilità commerciale di qualsiasi motore a fusione nucleare che utilizzi piastrelle di grafite sulle pareti (la grafite è composta da atomi di carbonio), come la fusione DIII-D usata in questo esperimento, poiché questo design probabilmente accumulerà troppo trizio nel tempo per essere autorizzato a operare come centrale elettrica.
Conclusion
La fusione nucleare sta progressivamente diventando una tecnologia ben compresa, con il record di durata del plasma stabile battuto regolarmente, l’ultimo di 22 minuti in una collaborazione franco-cinese.
Con l’aiuto dell’IA, è probabile che la fusione continui a diventare più efficiente nel tempo, fino al punto in cui si ottiene energia netta.
Man mano che la tecnologia si avvicina alla commercializzazione, emergono nuove sfide, come il rispetto delle normative riguardanti l’accumulo di combustibile e la radioattività, qualcosa di cui i reattori sperimentali erano meno preoccupati.
Fortunatamente, queste problematiche stanno anche venendo risolte, e l’ottimizzazione della qualità dei materiali utilizzati per i reattori aiuterà.
Unito ai continui miglioramenti nella nostra comprensione della superconduttività, ciò potrebbe contribuire a rendere il nostro problema di generare energia verde un ricordo del passato nei prossimi 1-2 decenni.
Fusion Companies
Attualmente, nessuna delle aziende dedicate esclusivamente a rendere la fusione nucleare commercialmente viable è quotata in borsa. Queste includono Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, e NEO Fusion.
Puoi trovare un elenco completo di startup nello spazio della fusione nucleare nella pagina dedicata di Dealroom.
Tuttavia, una società quotata in borsa è stata attiva nel campo della fusione, con una riallocazione del suo concetto dalla produzione di energia alla propulsione spaziale: Lockheed Martin (LMT ).
LMT Grafico dei prezzi
Una nota eccezione al dominio delle startup private nel settore è la società quotata in borsa Lockheed Martin Corporation, un gigante dell’industria della difesa.
Lockheed ha lavorato sin dai primi anni 2010 su Compact Fusion, un reattore a fusione nucleare che si prevede sarà pronto negli anni 2020. Tuttavia, è stato annunciato che il lavoro sul progetto è stato interrotto nel 2021.
L’azienda è stata molto discreta su questo progetto sin dall’annuncio pubblico del 2021. Fino ad oggi, non è chiaro cosa possa aver spinto l’azienda ad abbandonare l’idea.
Allo stesso tempo, sembra che non abbia completamente abbandonato il concetto, in particolare con investimenti nel 2024 in Helicity, una startup che sviluppa un motore a fusione.
L’idea è di spingere i veicoli spaziali con brevi esplosioni di fusione. Helicity prevede di utilizzare un cannone al plasma, lo stesso approccio di General Fusion. Potenzialmente, i risultati interni di Lockheed hanno mostrato che il suo design non potrebbe sostenere la fusione in modo compatibile con la produzione di energia.
Ma forse, allo stesso tempo, le brevi esplosioni sono sufficienti per le esigenze di propulsione nello spazio e più vicine a diventare un prodotto reale? Sarebbe anche più in linea con il profilo complessivo dell’azienda, focalizzato su aerospazio e difesa.
Oltre ai progetti di fusione, Lockheed Martin è una delle più grandi aziende di aerospazio & difesa al mondo, di cui abbiamo parlato in dettaglio nel novembre 2025 in “Lockheed Martin (LMT) Spotlight: A Leader In Defense and Aerospace”.
In sintesi, è l’azienda dietro a velivoli come gli elicotteri Black Hawk o l’F-16, così come attrezzature avanzate come l’F-35, piani radar volanti, o aerei logistici come il C-5 Galaxy & C-130J Super Hercules.
Fonte: Lockheed Martin
È anche il produttore di alcuni dei sistemi missilistici più importanti dell’esercito statunitense, come JAASM, Javelin, ATACMS e HIMARS, in estrema domanda a seguito dell’esaurimento delle scorte a causa del conflitto in Ucraina.
Lockheed è l’appaltatore principale per la progettazione, lo sviluppo, i test e la produzione del veicolo spaziale Orion, che potrebbe essere la parte meno controversa dell’intero programma Artemis.
L’azienda è attiva in altri programmi spaziali, come i satelliti meteorologici GOES-R, la raccolta di campioni di asteroidi da parte di OSIRIS-REx, la sonda su Giove JUNO, un gilet di protezione dalle radiazioni indossabile AstroRad,
Nel complesso, dai sistemi militari chiave a programmi spaziali e di fusione nucleare altrettanto importanti, Lockheed Martin è in prima linea nell’innovazione americana e sembra aver mantenuto il suo vantaggio molto più affilato rispetto a molti dei suoi grandi concorrenti nel settore della difesa.
Latest on Lockheed Martin Corporation
Riferimento allo Studio:
1. Shota Abe et al. (2025) “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”. Nuclear Materials and Energy Volume 42, marzo 2025, 101855.
