Un team di ricerca internazionale, guidato dall’Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi del CNR di Milano (CNR-Istp), ha dimostrato che i raggi gamma prodotti nella reazione nucleare tra deuterio e trizio possono essere utilizzati come un metodo alternativo e accurato per misurare la potenza nei nuovi reattori a fusione.
Questo risultato è stato descritto in due articoli scientifici pubblicati su Physical Review C e Physical Review Letters.
Il metodo tradizionale e le sue limitazioni
Tradizionalmente, la potenza di fusione nei reattori a confinamento magnetico viene misurata contando i neutroni liberi generati dalla fusione del deuterio e del trizio.
Quando questi due isotopi si fondono, formano un nucleo di elio-5 che decade in elio-4 e un neutrone con un’energia di 14 MeV. Il conteggio di questi neutroni energetici fornisce una misura del tasso di reazioni di fusione avvenute. Tuttavia, questa tecnica presenta diverse sfide, inclusa la necessità di complessi codici di simulazione e costose campagne di calibrazione.
Una nuova prospettiva: i raggi gamma
Il nuovo studio, condotto dal CNR-Istp in collaborazione con varie istituzioni italiane ed europee nell’ambito del progetto GETART, propone l’uso dei raggi gamma emessi dal decadimento dell’elio-5 come metodo alternativo per misurare la potenza di fusione.
Il metodo si basa sulla misura dei raggi gamma con energie di circa 14 MeV e 17 MeV, emessi durante il decadimento dell’elio-5. Questa misurazione ha permesso di determinare con precisione le energie e le intensità relative dei raggi.
Dettagli della ricerca
Marica Rebai, ricercatrice del CNR-Istp e prima autrice del lavoro pubblicato su Physical Review C, spiega che il nuovo metodo ha una probabilità di emissione di raggi gamma molto più bassa rispetto a quella dei neutroni da 14 MeV, ma offre comunque una misura affidabile.
Andrea Dal Molin e Davide Rigamonti, autori del lavoro pubblicato su Physical Review Letters, sottolineano che il branching ratio di emissione dei raggi gamma è di uno ogni 42.000 neutroni da 14 MeV prodotti. Questo risultato apre la strada all’uso della misura assoluta dei raggi gamma come metodo complementare alle misure neutroniche.
Implicazioni e prospettive future
Marco Tardocchi, coordinatore del progetto e dirigente di ricerca del CNR-Istp, evidenzia che l’assenza di un metodo alternativo al conteggio dei neutroni era un ostacolo per la validazione dei risultati sperimentali e l’autorizzazione di futuri impianti commerciali.
Il nuovo metodo basato sui raggi gamma potrebbe essere applicato anche nei futuri reattori a fusione che utilizzano carburanti alternativi, come la fusione di deuterio ed elio-3 o di protoni e boro-11, che non producono neutroni.
Sperimentazione e collaborazioni
L’ottimizzazione di questa misura è stata effettuata preliminarmente presso il generatore di neutroni ENEA “Frascati Neutron Generator” (FNG), una delle poche strutture al mondo disponibili per la ricerca sulla fusione. Gli esperimenti sono stati condotti presso il Joint European Torus nel Regno Unito durante la campagna sperimentale DTE2, finanziata in parte dal consorzio europeo EUROfusion.
Un traguardo per la ricerca italiana
Questo risultato rappresenta un importante traguardo per l’Italia e un esempio di efficace collaborazione tra il mondo accademico e le istituzioni di ricerca.
Olga De Pascale, direttrice del CNR-Istp, e Giuseppe Gorini, direttore del Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano-Bicocca, esprimono orgoglio per questo successo, sottolineando l’importanza del legame tra università ed enti di ricerca per il progresso scientifico.
