FTC - Metodi di Confinamento

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1 FTC - Metodi di Confinamento Necessità di far superare ai nuclei reagenti il potenziale Coulombiano di repulsione Fusione ad alta temperatura: - Fusione a confinamento magnetico - Fusione a confinamento inerziale Fusione fredda: - Fusione catalizzata da muoni - Fusione elettrochimica 1 Fusione catalizzata da muoni Il muone è una particella di carica - e e massa di circa 207 volte superiore a quella elettronica (vita media 2.2 μs). Se in una molecola DT (molecola di idrogeno) un muone prende il posto di un elettrone, la distanza fra i due nuclei è 207 volte inferiore ed aumenta così la probabilità di fusione. 2 1

2 Fusione catalizzata da muoni Il costo energetico della FCM dipende dall energia spesa per la produzione di muoni. Quanto più si riesce a riciclare un muone (definito dal coefficente di sticking ), tanto minore è il costo muonico per fusione e maggiore il rapporto fra guadagno energetico e costo energetico.. 3 Fusione catalizzata da muoni W f G Guadagno enrgetico netto W Q = W f W Il coefficiente di sticking è il fattore limitante per la fusione muonica. Attualmente non è disponibile un mezzo economico ed efficiente per la produzione di muoni. Attualmente Q

3 Fusione elettrochimica - LENRS La fusione fredda (Low Energy Nuclear Reactions, LENRS) sfrutta la capacità di alcuni metalli, tra cui il palladio, di caricare all interno del proprio reticolo cristallino atomi di idrogeno e dei suoi isotopi. Dalla penetrazione di deutoni nel reticolo cristallino del palladio si ottiene una soluzione che, con caricamento di circa 1 deutone per atomo di palladio, in condizioni stazionarie realizza una distanza fra due deutoni di circa 1,7 Å (nella D 2 O tale distanza è circa 0.7 Å). 5 Fusione elettrochimica - LENRS Il caricamento è difficile da realizzare in tempi brevi. Si tentato di realizzare condizioni dinamiche di nonequilibrio in celle elettrolitiche con catodi di palladio e di titanio in acqua pesante. In tali condizioni i metalli subiscono un caricamento continuo di deutoni. Alcuni esperimenti usano celle di tipo diverso (al plasma elettrolitico e a gas di D o H). 6 3

4 Esperimento di Fleischmann-Pons Cella Elettrolitica per Esperimento di Fusione Fredda Fleischmann, Martin, Stanley Pons, Mark Anderson, Lian Jun Li and Marvin Hawkins. Calorimetry of the Palladium-Deuterium-Heavy Water System. Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 287 (1990), p Online available: Fusione elettrochimica - LENRS D + D T + p MeV 50 % He 3 + n MeV 50 % He MeV (bassa probabilità) Rivelatori di reazione: - emissione neutronica - produzione di calorimetriche - emissione di particelle cariche - emissioni di ( p + D ) 8 4

5 Fusione elettrochimica - LENRS Istituto Emissione neutronica per superfice catodica n /(s cm 2 ) Emissione neutronica per volume di soluzione n /(s cm 3 ) TU-Dresda Hokkaido U Texas A&M U CISE ENEA - Frascati Utah U Michigan U Caltech Yale U Ruder-Boskavic Inst. (Zagreb) Fusione elettrochimica - LENRS In celle elettrolitiche con acqua pesante e catodi di palladio e titanio si è osservata una produzione di neutroni ed isotopi di He riconducibili a fenomeni di fusione. Misurazioni discordanti (ad esempio il calore misurato a volte risulta molto maggiore di quello giustificabile dei neutroni emessi). Scarsa riproducibilità degli esperimenti (stessi ricercatori a volte non riescono a riprodurre lo stesso esperimento). Studi sul fenomeno in espansione (in molti laboratori in Italia ed all estero). 10 5

6 Fusione fredda Focardi e Rossi (marzo 2011) il fisico Sergio Focardi e l ingegnere Andrea Rossi, hanno annunciato di aver realizzato in laboratorio la fusione fredda, e riprodotto l esperimento in un capannone, davanti a giornalisti e studiosi. Tra lo stupore generale, i due scienziati hanno mostrato come un ridottissimo reattore a fusione fredda a fronte di un alimentazione di energia a regime di circa Wh sia stato in grado di produrre stabilmente un energia 30 volte superiore, di circa 12kWh. Per innescare la reazione sono stati utilizzati nichel e idrogeno. Tuttavia Focardi e Rossi non hanno mostrato come una tale efficienza energetica, sia stata resa possibile. Si ipotizzano che lo sprigionamento dell energia, avvenga nel momento in cui il nichel, riscaldato, fino alla cosiddetta temperatura d innesco, inizi a fondersi con gli atomi di idrogeno, a formare del rame. Fusione a Confinamento Inerziale (FCI) 12 6

7 FCI - Metodi di Irraggiamento Irraggiamento diretto Irraggiamento indiretto 13 FCI - Pellet 14 7

8 FCI - ENEA 15 Fusione a Confinamento Inerziale W f e W E G Guadagno enrgetico netto W L L Q = W f W L G > 0 per W f > e L W L da cui Q > 1/( E L ). Attualmente Q 1 per esperimenti con esplosione. 16 8

9 FCI - Nova Los Alamos 17 FCI - Prototipo sperimentale di potenza 18 9