Un team congiunto del Princeton Plasma Physics Laboratory, della Princeton University e della Pennsylvania State University ha messo a punto una tecnica per pulire dall'interno le pareti dei reattori a fusione, senza doverli aprire all'aria.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nuclear Materials and Energy, e riguarda un problema tecnico specifico: mantenere pulite le piastrelle di tungsteno poroso che rivestono l'interno dei reattori, non produrre più energia dalla fusione stessa. Prima delle pulizie, i campioni di tungsteno erano completamente ricoperti di contaminanti: zero per cento di metallo puro in superficie. Dopo il trattamento, quella percentuale è salita all'87%, e il cambiamento si vedeva a occhio nudo, con la superficie che passava da un grigio opaco a un argento metallico brillante. Dentro un reattore, l'armatura interna deve resistere a temperature più alte di quelle del nucleo solare, condizioni in cui i metalli solidi tradizionali spesso cedono. Per questo, da anni, gli ingegneri puntano su un'armatura di tungsteno per i reattori a fusione nucleare formara da piastrelle porose che funzionano come spugne metalliche, assorbendo litio liquido e distribuendolo sulla superficie per formare una barriera protettiva. Il problema è che questo stesso processo lascia il tungsteno contaminato da carbonio, ossigeno e azoto. A contatto con il litio liquido, carbonio e ossigeno reagiscono formando solidi che intasano i pori del tungsteno, impedendo al litio di scorrere correttamente.
Pulire le piastrelle prima di installarle non funziona: appena il metallo pulito tocca l'aria normale durante il montaggio, assorbe di nuovo ossigeno e anidride carbonica. La soluzione trovata dal team è stata pulire le piastrelle dopo averle sigillate all'interno del reattore. I ricercatori hanno posizionato campioni di tungsteno contaminato nella camera del Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β), hanno creato il vuoto pompando fuori l'aria, e hanno riempito la camera con plasma di neon a bassa temperatura, riscaldando le piastrelle a 800 gradi Celsius. Il neon è stato scelto perché i suoi ioni pesanti agiscono come minuscole palle da bowling: colpendo il tungsteno, staccano fisicamente gli atomi di carbonio e ossigeno legati alla superficie. Allo stesso tempo, il calore elevato spinge le impurità più profonde a migrare verso la superficie, dove il plasma può eliminarle. "Il calore e il plasma insieme si sono rivelati un trattamento di pulizia efficace, molto più della sola azione del plasma", ha spiegato il team in una nota. Camila López Pérez, che ha guidato la ricerca, ha raccontato di aver temuto inizialmente che il processo stesse depositando altro materiale sul campione, un risultato che sarebbe stato negativo. L'analisi ha invece mostrato l'opposto: il tungsteno veniva ripulito in modo molto efficace. Sonde diagnostiche specializzate hanno confermato che il processo ha liberato correttamente i canali interni del metallo. Poiché la pulizia avviene interamente dentro la camera a vuoto, gli operatori dei reattori potranno preparare le pareti a metallo liquido senza mai esporle all'aria, mantenendo aperti i percorsi del fluido necessari al funzionamento del sistema.
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