Fattore di guadagno energetico da fusione

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Il fattore di guadagno energetico da fusione, solitamente espresso con il simbolo Q, è il rapporto tra la potenza di fusione prodotta in un reattore a fusione nucleare e la potenza richiesta per mantenere il plasma in condizioni stazionarie. La condizione di Q=1, quando la potenza sprigionata dalle reazioni di fusione è pari alla potenza di riscaldamento richiesta, è detta di pareggio o, in alcune fonti, di pareggio scientifico.

L'energia sprigionata dalle reazioni di fusione può essere catturata all'interno del combustibile, portando all'autoriscaldamento. La maggior parte delle reazioni di fusione rilasciano almeno parte della loro energia in una forma che non può essere catturata all'interno del plasma, quindi un sistema a Q=1 si raffredderà senza riscaldamento esterno. Con i combustibili tipici, l'autoriscaldamento nei reattori a fusione non dovrebbe corrispondere alle fonti esterne fino ad almeno Q=5. Se invece Q aumenta oltre questo punto, l'aumento dell'autoriscaldamento alla fine elimina la necessità di riscaldamento esterno. A questo punto la reazione diventa autosufficiente, condizione chiamata accensione. L'accensione corrisponde a Q infinito ed è generalmente considerata altamente desiderabile per progetti pratici di reattori a fusione nucleare.

Nel tempo, diversi termini correlati sono entrati nel lessico della fusione. L'energia che non viene catturata all'interno del combustibile può essere catturata esternamente per produrre elettricità. Quell'elettricità può essere usata per riscaldare il plasma a temperature operative. Un sistema autoalimentato in questo modo viene indicato come funzionante a pareggio tecnico. Operando al di sopra del pareggio tecnico, una macchina produrrebbe più elettricità di quanta ne usi e potrebbe vendere quell'eccesso. Uno che vende elettricità a sufficienza per coprire i propri costi operativi è talvolta noto come pareggio economico. Inoltre, i combustibili da fusione, in particolare il trizio, sono molto costosi, quindi molti esperimenti vengono eseguiti su vari gas di prova come idrogeno o deuterio. Si dice che un reattore funzionante con questi combustibili sta operando a pareggio estrapolato qualora raggiunga le condizioni di pareggio una volta introdotto il trizio.

Fino al 2017, il valore record di Q è stato ottenuto dal tokamak JET del Regno Unito, con Q=(16 MW)/(24 MW)≈0.67, raggiunto per la prima volta nel 1997. Il valore più alto per pareggio estrapolato è stato pubblicato dal tokamak di test JT-60, con valore Q_ext=1.25, migliorando leggermente il 1.14 del JET. ITER era stato inizialmente concepito per raggiungere l'accensione, ma attualmente è progettato per ottenere un Q = 10, producendo 500 MW di potenza da fusione da 50 MW di potenza termica introdotta.^[1]