Un consorzio internazionale di ricerca guidato dall'Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Milano (Cnr-Istp) ha dato un contributo significativo nel superare una delle maggiori sfide associate all'uso dell'energia nucleare: la misurazione della potenza nei nuovi reattori a fusione che utilizzano la reazione deuterio-trizio. Finora, l'unico metodo diretto per misurare la potenza di fusione nei reattori a confinamento magnetico consisteva nel contare i neutroni liberi prodotti dalla fusione del deuterio e del trizio, i due isotopi dell'idrogeno più comunemente usati come combustibile. La fusione dei reagenti porta alla formazione di un nucleo di elio-5 che si trasforma in elio-4 e un neutrone libero con un'energia di 14 MeV: il conteggio dei neutroni energetici fornisce una stima diretta del numero di reazioni di fusione avvenute. Il metodo, però, presenta varie difficoltà: l'emissione di neutroni da una fonte estesa come il tokamak e la loro interazione con i materiali del reattore necessitano l'uso di complessi codici di simulazione e lunghe, costose campagne di calibrazione per validare tali codici.
Nuovo metodo di misurazione
Ora, la ricerca guidata dall'Italia - realizzata dal Cnr-Istp in collaborazione con i Dipartimenti di Fisica dell'Università di Milano-Bicocca e dell'Università Statale di Milano, il centro di ricerca ENEA di Frascati e altre istituzioni europee nell'ambito del progetto "GETART" - ha identificato nei raggi gamma emessi dal decadimento dell'elio-5 un nuovo metodo alternativo per misurare questa potenza. La ricerca è pubblicata in due articoli scientifici su Physical Review C e Physical Review Letters. Il metodo si fonda sulla misura assoluta di due raggi gamma con energie di circa 14 MeV e 17 MeV, emessi durante il decadimento dell'elio-5: la misura, mai realizzata prima con adeguata precisione, ha permesso di determinare le energie e le intensità relative con cui i due raggi gamma vengono emessi. Il Coordinatore del progetto e dirigente di ricerca del Cnr-Istp, Marco Tardocchi, afferma: "Fino a questo momento, la mancanza di un metodo diretto e alternativo per il conteggio dei neutroni ha rappresentato un ostacolo alla convalida indipendente dei risultati degli esperimenti in corso e all'approvazione di nuovi impianti commerciali. La misurazione basata sul conteggio dei raggi gamma è l'unica tecnica attuabile, specialmente considerando l'uso di futuri reattori che impiegano carburanti alternativi non produttori di neutroni, come quelli che utilizzano la fusione di deuterio ed elio-3 o di protone su boro-11." L'ottimizzazione di questa tecnica è preliminarmente realizzata presso il generatore di neutroni ENEA "Frascati Neutron Generator" (FNG), una delle rare strutture al mondo disponibili per la ricerca sulla fusione e altri ambiti applicativi, inclusi aerospazio, automotive, fisica e rivelatori di particelle. Progettato e costruito interamente dall'ENEA nel Centro di Ricerche di Frascati, FNG è la fonte di neutroni da 14 MeV più potente in Europa. Gli esperimenti sono effettuati al Joint European Torus nel Regno Unito, il più grande esperimento di fusione nucleare al mondo, durante la campagna sperimentale DTE2, con una parte del finanziamento proveniente dal consorzio europeo EUROfusion, di cui l'Italia è membro. Questa ricerca, che segna un traguardo significativo per l'Italia a livello internazionale, è anche un esempio di collaborazione efficace tra il mondo accademico e le istituzioni di ricerca. La direttrice del Cnr-Istp Olga De Pascale e il direttore del Dipartimento di Fisica dell'Università di Milano-Bicocca, Giuseppe Gorini, confermano: "Questo successo è motivo di orgoglio per il nostro paese e testimonia la collaborazione fruttuosa tra i ricercatori universitari, inclusi giovani dottorandi, e il Cnr, evidenziando l'importanza del legame tra università e enti di ricerca".
Fonte: CNR
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