Prospects For A New Light Nuclei, Fission Fusion Energy Cycle
Il documento propone un nuovo ciclo di energia nucleare privo di scarti per la propulsione avanzata e la generazione di energia che utilizza abbondante litio e fusione deuterio-trizio, dove la fissione primaria del litio-6 innesca reazioni secondarie di fusione e di fissione del litio-7 per produrre sottoprodotti stabili.
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La ricerca di energia pulita e potente porta spesso gli scienziati nel cuore dell'atomo, dove due processi distinti competono per l'attenzione: la fissione e la fusione. La fissione, il metodo utilizzato nelle odierne centrali nucleari, funziona scindendo atomi pesanti come l'uranio, rilasciando calore e lasciando dietro di sé scorie radioattive che devono essere conservate per migliaia di anni. La fusione, il processo che alimenta il sole, tenta di scagliare insieme atomi leggeri per crearne di più pesanti, offrendo la promessa di un'energia immensa con pochissimi scarti, ma si è rivelata incredibilmente difficile da sostenere sulla Terra. Una nuova proposta suggerisce un modo per unire questi due mondi utilizzando gli elementi più leggeri disponibili, specificamente litio e idrogeno, per creare un ciclo che potrebbe alimentare razzi e città senza generare scorie nucleari a lunga durata dal proprio combustibile, sebbene possa attivare i materiali tecnici circostanti tramite il flusso neutronico. Questo approccio si basa su una reazione a catena in cui un evento nucleare ne innesca un altro, utilizzando particelle che sono già abbondanti nei materiali utilizzati per le moderne batterie per veicoli elettrici.
Un team di ricercatori della Texas Tech University e della University of Missouri ha proposto e iniziato a testare un ciclo nucleare specifico che combina questi elementi leggeri. La loro idea si concentra su una sequenza di reazioni che parte dal litio-6, un isotopo naturale presente nel metallo litio. Quando un neutrone a bassa velocità colpisce un atomo di litio-6, questo si scinde in un atomo di elio e una particella ad alta velocità chiamata tritone. In questo nuovo ciclo, quel tritone non vola semplicemente via; invece, viene catturato all'interno di un combustibile solido fatto di deuteruro di litio, un composto di litio e idrogeno. Mentre il tritone attraversa questo materiale solido, collide con un atomo di litio-7 o con un atomo di deuterio, innescando due diverse reazioni secondarie. Una collisione scinde il litio-7, mentre l'altra fonde il deuterio con il tritone. Il risultato è una cascata di rilascio di energia in cui i sottoprodotti sono elio stabile e non radioattivo e neutroni, a condizione che i tritoni siano completamente consumati nel processo.
Per vedere se questa reazione a catena potesse funzionare in pratica, i ricercatori hanno allestito una serie di esperimenti utilizzando una sorgente di neutroni per bombardare diverse colonne di materiale. Hanno posto una colonna d'aria, una colonna di metallo litio puro e una colonna di particelle di deuteruro di litio nel percorso dei neutroni. L'obiettivo era rilevare se il deuteruro di litio producesse una firma unica di neutroni ad alta energia che indicasse che le reazioni secondarie stavano avvenendo. Quando hanno analizzato i dati, hanno osservato che la colonna di deuteruro di litio mostrava una chiara coda ad alta energia nella sua distribuzione dell'energia neutronica che le colonne d'aria e di litio puro non presentavano. Questo dato è indicativo di reazioni di fusione secondarie del tritone, sebbene il team sottolinei che questi risultati siano preliminari e non ancora una prova conclusiva.
Tuttavia, il team è attento a notare che questi risultati sono preliminari. L'esperimento ha utilizzato una sorgente di neutroni relativamente debole e il team prevede di ripetere i test utilizzando un reattore molto più potente presso la University of Missouri per ottenere dati più chiari. Intendono inoltre testare una variazione del combustibile che includa l'ossigeno per vedere se avvengono altri tipi di collisioni. Inoltre, i ricercatori hanno investigato un'idea correlata proposta da altri scienziati, la quale suggeriva che i neutroni potessero causare la fusione in deuteruro di titanio solido senza la necessità dello specifico ciclo del litio. Dopo aver eseguito i propri test con fasci di neutroni ad alta intensità, non hanno trovato prove a sostegno di quel particolare meccanismo di fusione basato sul titanio, suggerendo che i risultati osservati nel loro setup di litio-deuterio siano unici per il loro progetto proposto piuttosto che una proprietà generale di tutti i combustibili solidi.
Le potenziali implicazioni di questo ciclo sono significative, particolarmente per il futuro del trasporto e dell'accumulo di energia. Il combustibile richiesto, il litio, viene già estratto e riciclato su larga scala per sostenere l'industria dei veicoli elettrici. I ricercatori hanno calcolato che il litio contenuto in una singola batteria per auto elettrica, se processato attraverso questo nuovo ciclo, potrebbe teoricamente fornire abbastanza energia per alimentare quel veicolo per centinaia di migliaia di miglia. Poiché il processo si basa su materiali che vengono già estratti e riciclati, e poiché non produce scorie radioattive a lunga durata dal proprio combustibile, offre una via verso un'energia che potrebbe essere integrata nelle infrastrutture industriali esistenti. Sebbene la tecnologia sia ancora nelle prime fasi di verifica, i dati iniziali suggeriscono che un ciclo nucleare allo stato solido utilizzando elementi leggeri sia fisicamente possibile e degno di un'ulteriore, più rigorosa investigazione.
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