Come la Z-machine di Sandia genera calore più caldo di una stella per generare energia di fusione
Devo guardarlo due volte. Forse circa 3 volte. Cos’è esattamente quel pasticcio di cavi? Anche se sembra un fascio di cavi, la struttura è enorme, grande all’incirca quanto una palestra. In un laboratorio nel New Mexico, il dispositivo agisce come una macchina infernale. La temperatura supera i 2 miliardi di gradi. Questo è sicuramente un calore di prima classe. Anche il nucleo del Sole, la stella più calda che conosciamo, emette solo circa 16 milioni di gradi di calore. La Z Machine va molto oltre.
I Sandia National Laboratories non hanno costruito la Z-machine per battere il Guinness World Records. Gli obiettivi sono realistici. I ricercatori stanno verificando se questo dispositivo sperimentale potrebbe essere utile in futuro per la produzione di energia elettrica. Stanno perseguendo la fusione nucleare.
Per raggiungere questo obiettivo, hanno diretto una corrente elettrica di 20 milioni di ampere attraverso il filo e l’hanno diretta verso le particelle di plasma. Queste particelle sono elettricamente cariche e più piccole degli atomi. Per una frazione di secondo, la corrente che lo attraversa corrisponde alla potenza di 10.000 generatori di centrali elettriche. Ogni generatore può accendere 500.000 lampadine. La densità energetica è sorprendente.
Quando un gran numero di elettroni accelerati entrano in collisione con il plasma, le particelle vengono frantumate fino alle dimensioni della punta di una matita. Lo spazio diventa così piccolo che le particelle non possono muoversi liberamente. Rilasciano la loro energia sotto forma di calore. La compressione crea uno stato plasmatico in cui gli atomi vengono privati dei loro elettroni. Questo stato consente il rilascio di un’immensa energia termica.
Gli stessi ricercatori sono rimasti sorpresi dalla temperatura raggiunta. La bolletta elettrica di questo laboratorio potrebbe mandare in bancarotta i genitori se dovessero pagare le bollette. Ma in un trilionesimo di secondo, l’esperimento ha prodotto quattro volte più energia di quella inizialmente impiegata dagli scienziati.
“In un trilionesimo di secondo, questo esperimento ha prodotto quattro volte più energia di quella originariamente utilizzata dagli scienziati.”
Questo aumento di energia è una pietra miliare importante. Dimostrare che la Z-machine può creare le condizioni necessarie per la fusione. La fusione nucleare è il processo che alimenta le stelle. I nuclei atomici più leggeri si combinano per formare nuclei atomici più pesanti. Questo processo libera una grande quantità di energia. Non produce rifiuti radioattivi a vita lunga. Offre una fonte di energia pulita e quasi illimitata.
La Z Machine utilizza una tecnica chiamata Z-pinch. Comprime il plasma utilizzando campi magnetici. La pressione magnetica spinge il plasma verso l’interno. Questa compressione verso l’interno aumenta la densità e la temperatura. L’obiettivo è raggiungere l’accensione. L’accensione significa che la reazione di fusione può essere sostenuta senza input esterni. La Z Machine si è avvicinata. Ciò dimostra che la fisica ad alta densità di energia è possibile.
Le implicazioni per la produzione di energia sono profonde. Se i ricercatori riuscissero a replicare costantemente questo risultato, potrebbero aprire nuovi modi per generare elettricità. La tecnologia attuale richiede enormi quantità di elettricità. Anche la stessa macchina Z consuma una notevole energia. Ma l’aumento dell’energia netta dimostra che la fisica funziona. La sfida ingegneristica rimane. Trasformarlo in una centrale elettrica commerciale è difficile. I materiali devono resistere al calore estremo. I magneti devono gestire correnti immense.
La sorpresa della produzione di energia evidenzia quanto dobbiamo ancora imparare sul plasma. Pensavamo di conoscere i limiti. ci sbagliavamo. Il plasma si è comportato meglio del previsto. Si legano insieme abbastanza a lungo da rilasciare più energia di quanta ne immettono. È più di un semplice numero. Questa è una prova di concetto.
