ENEA sperimenta due tecniche laser avanzate per la fusione nucleare

Presso il Joint European Torus (JET), uno dei più grandi reattori sperimentali a fusione nucleare, un team di ricerca che includeva anche ENEA ha testato con successo due tecnologie laser avanzate, ovvero la tecnica Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) e Laser Induced Desorption – Quadrupole Mass Spectrometer (LID-QMS).

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La prima, oltre a monitorare i componenti esposti al plasma, consente di ottenere informazioni sulla composizione chimica del componente in profondità, di verificare l’eventuale erosione del suo strato superficiale e la rideposizione di materiali erosi provenienti da altri componenti interni della camera da vuoto. La LID-QMS, invece, è in grado di quantificare deuterio, trizio, ma anche l’elio prodotto dalla reazione di fusione e intrappolato nel componente in studio.

Queste campagne sperimentali, finanziate dal consorzio EUROfusion, hanno permesso di tracciare i depositi di deuterio e trizio e determinare la composizione chimica delle superfici interne del reattore, senza la necessità di lunghe e complesse operazioni di rimozione dei componenti della camera da vuoto.

Salvatore Almaviva, ricercatore del Dipartimento Nucleare dell’ENEA presso il Centro Ricerche di Frascati (Roma), ha dichiarato: “Nei futuri dispositivi a fusione nucleare come ITER e DEMO, di cui il JET è stato il precursore più rappresentativo, una frazione del combustibile non parteciperà alla fusione e si depositerà sui componenti interni della camera da vuoto. I depositi di questo combustibile – aggiunge – dovranno in futuro essere localizzati e quantificati in situ, senza la necessità di lunghe e complesse operazioni di rimozione dei componenti della camera da vuoto, proprio come fatto presso l’impianto JET”.

Le due tecniche nel dettaglio

Si tratta di due tecnologie complementari ed estremamente utili soprattutto se utilizzate in sinergia. La LIBS concentra il fascio laser che impatta con una densità di potenza molto elevata sulla “mattonella” interna del reattore provocando l’accensione di un piccolo plasma locale. Dalla sua analisi spettroscopica – ovvero “dall’impronta digitale” luminosa – si ottengono informazioni sulla composizione chimica di quanto rilevato.

La LID–QMS, invece, utilizza il laser per scaldare la superficie della parete interna del reattore di qualche centinaio di gradi causando il fenomeno del desorbimento, un processo simile all’evaporazione. Gli atomi che desorbono sono catturati da uno spettrometro di massa – ovvero uno strumento in grado di distinguere la massa dell’atomo o della molecola – permettendo di quantificare deuterio, trizio, ma anche l’elio prodotto dalla reazione di fusione e ‘intrappolato’ nel componente in studio.