I ricercatori propongono un parametro chiamato "Q economico" per valutare la fattibilità di una centrale a fusione nucleare. /Researchers propose ‘economic Q’ metric for judging fusion power plant viability

 I ricercatori propongono un parametro chiamato "Q economico" per valutare la fattibilità di una centrale a fusione nucleare. / Researchers propose ‘economic Q’ metric for judging fusion power plant viability

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Novità interessante: il nuovo framework include 10 parametri utilizzabili per valutare la fattibilità economica della fusione / Hot stuff: new framework includes 10 parameters that can be used to evaluate the economic viability of fusion 

Alcuni ricercatori statunitensi hanno proposto un nuovo parametro per determinare la fattibilità economica delle future centrali a fusione nucleare. Tale parametro è simile a quello utilizzato dai ricercatori nel campo della fusione per valutare la potenza erogata dalle reazioni di fusione, noto come fattore Q.

La fusione nucleare, che alimenta le stelle, consiste nel legame di due nuclei leggeri che formano un nucleo più pesante, rilasciando enormi quantità di energia. Sfruttare la fusione sulla Terra utilizzando gli isotopi dell'idrogeno deuterio e trizio potrebbe portare ad una fonte di energia ecocompatibile e pressoché illimitata.

Negli anni '50, l'ingegnere e fisico John Lawson elaborò quello che divenne noto come il "criterio di Lawson" per la fusione nucleare. Esso descrive le combinazioni di temperatura, densità del plasma e tempo di confinamento dell'energia che possono produrre energia netta dal plasma tramite fusione, indipendentemente dalla sua potenza o dal suo volume assoluti.

Nello specifico, calcola un fattore noto come "Q del plasma", che è il rapporto tra la potenza di fusione prodotta e la potenza esterna necessaria per mantenere il plasma, con un Q = 1 che indica il punto di pareggio.

Per quanto riguarda il confinamento magnetico, in cui i campi magnetici vengono utilizzati per contenere un plasma ad alta temperatura, il Joint European Torus con sede nell'Oxfordshire, nel Regno Unito, che ha concluso gli esperimenti nel 2024, ha raggiunto un valore di Q pari a 0,67 nel 1997.

Il reattore sperimentale a fusione ITER, attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia, punta a raggiungere un fattore di qualità Q pari a 10 quando sarà pienamente operativo verso la fine degli anni 2030.

Negli ultimi anni anche lo sviluppo del settore ha subito un'accelerazione e proprio il mese scorso la Fusion Industry Association ha pubblicato un rapporto in cui si afferma che le aziende private attive nel settore della fusione nucleare hanno raccolto quasi 4,5 miliardi di dollari di finanziamenti nell'ultimo anno , con un incremento del 70% rispetto all'anno precedente.

Il rapporto ha rivelato che il 71% delle 65 aziende intervistate prevede che il primo impianto a fusione fornirà elettricità a livello commerciale entro il 2030. Altre, tuttavia, rimangono scettiche sul fatto che la fusione diventerà presto una fonte di energia praticabile.

Tenendo conto di ciò, i ricercatori stanno ora proponendo un quadro di riferimento per comprendere cosa sia necessario per rendere l'energia da fusione commercialmente redditizia sul mercato.

Mentre i costi degli esperimenti di base possono essere facilmente documentati, stimare i costi di un reattore a fusione è decisamente più complesso.

"È difficile ridurre i complessi requisiti scientifici e ingegneristici a conseguenze economiche", afferma l'economista Andrew Lo del Massachusetts Institute of Technology (MIT), coautore del nuovo studio ( J. Fusion Energy 45 49) . "Ma se non lo facciamo, non otterremo i finanziamenti necessari per raggiungere l'impatto desiderato".

Una nuova 'Q'

Il nuovo quadro di riferimento comprende 10 parametri che valutano la fattibilità economica di una centrale elettrica a fusione nucleare. Alcuni di questi sono di natura scientifica e fisica e riguardano l'energia consumata e prodotta in una determinata centrale.Altri parametri si basano su considerazioni ingegneristiche ed economiche, come i costi di costruzione dell'impianto, i rendimenti del capitale investito, l'efficienza di conversione dell'energia da fusione in un prodotto economicamente redditizio, nonché la durata dei componenti utilizzati nella conversione energetica.

Il “Q economico” viene quindi definito come il rapporto tra il capitale guadagnato e quello speso.

L'ingegnere nucleare del MIT Dennis Whyte, coautore dello studio, afferma che il quadro di riferimento riguarda ciò che serve per ottenere un ritorno economico netto positivo, con il Q economico che deve essere maggiore di 1 per la fattibilità di base.

Whyte, nominato ieri amministratore delegato dell'Autorità per l'energia atomica del Regno Unito, aggiunge che i parametri non dipendono dalle dimensioni del reattore in costruzione, quindi qualsiasi input può essere adattato ad un determinato progetto od alla potenza erogata.

"Quando si dispone di un quadro di riferimento per valutare qualcosa in modo quantitativo, questo fornisce informazioni concrete sul valore effettivo di una particolare decisione progettuale", aggiunge Whyte. "In questo momento, per quanto riguarda lo sviluppo della fusione nucleare, questo mi sembra assolutamente fondamentale, ed è ciò che ci è mancato finora."

ENGLISH

Researchers in the US have proposed a new metric to determine the economic viability of future fusion power plants. The measure is similar to one used by fusion researchers to ascertain the output of fusion reactions, which is known as the Q factor.

Nuclear fusion, which powers the stars, involves two light nuclei binding to form a heavier nucleus, releasing huge amounts of energy in the process. Harnessing fusion on Earth using the hydrogen isotopes deuterium and tritium could lead to an environmentally friendly and almost limitless energy source.

In the 1950s, the engineer and physicist John Lawson laid out what became known as the “Lawson criterion” for fusion. It describes the combinations of temperature, plasma density and energy confinement time that can produce net energy from the plasma due to fusion, regardless of its absolute power or volume.

Specifically it calculates a factor known as “plasma Q”, which is the ratio of fusion power produced to the external power required to sustain the plasma, with a Q = 1 meaning break-even.

When it comes to magnetic confinement, in which magnetic fields are used to contain a high-temperature plasma, the Joint European Torus based in Oxfordshire, UK, which ended experiments in 2024, achieved a Q of 0.67 in 1997.

The ITER experimental fusion reactor, which is currently being built in Cadarache, France, aims to have a Q of 10 when fully operational towards the end of the 2030s.

Developments in industry have also sped up in recent years and just last month the Fusion Industry Association released a report finding that private fusion companies raised almost $4.5bn in funding over the past year – a 70% increase over the previous year.

The report discovered that 71% of the 65 companies surveyed expect the first fusion plant to deliver commercial electricity by the 2030s. Others, however, remain unconvinced that fusion will soon be a viable energy source.

With that in mind, researchers are now proposing a framework for understanding what is required to make fusion energy commercially viable in the marketplace.

While the costs of basic experiments can be easily documented, estimating the costs of a fusion reactor is somewhat more challenging.

“It’s challenging to reduce complex scientific and engineering requirements to economic consequences,” says economist Andrew Lo from the Massachusetts Institute of Technology (MIT), who co-authored the new study (J. Fusion Energy 45 49). “But if we don’t do that, we’re not going to get the funding we need to achieve the impact we want.”

A new ‘Q’

The new framework includes 10 parameters that evaluate the economic viability of a fusion energy power plant. Some of these are scientific and physical, dealing with the energy consumed and produced in a given plant.

Other parameters are based on engineering and economics, such as the costs of plant construction, returns from invested capital, the efficiency of converting fusion power into an economic product as well as the durability of components used in the energy conversion.

The “economic Q” is then given as the ratio of capital gained to that expended.

MIT nuclear engineer Dennis Whyte, who also co-authored the study, says that the framework is about what it takes to achieve a net-positive economic return with the economic Q needing to be greater than 1 for basic viability.

Whyte, who was yesterday appointed chief executive of the United Kingdom Atomic Energy Authority, adds that the parameters do not depend on the size of the reactor being built, so any inputs can be scaled to a given project or power output.

“When you’ve got a framework to evaluate it in a quantitative way, it tells you about the literal worth of making a particular design decision,” adds Whyte. “That seems to me at this moment of fusion development absolutely critical, and what we’ve been missing.”

Da:

https://physicsworld.com/a/researchers-propose-economic-q-metric-for-judging-fusion-power-plant-viability/?nbd_source=3833891