Indice
- 1 Il “carbonio liquido” potrebbe diventare la chiave per rendere stabili, sicuri e sostenibili i reattori a fusione
- 2 Un laser ad altissima potenza per fondere il carbonio
- 3 La sorprendente struttura ordinata del carbonio liquido
- 4 Carbonio liquido nei reattori: refrigerante e moderatore di neutroni
- 5 Verso nuovi esperimenti in tempi sempre più brevi
Il “carbonio liquido” potrebbe diventare la chiave per rendere stabili, sicuri e sostenibili i reattori a fusione
Per la prima volta nella storia, un team di ricerca internazionale è riuscito a produrre carbonio liquido in condizioni di laboratorio, ricreando uno stato della materia considerato finora impossibile da ottenere sulla Terra. La straordinaria impresa è frutto della collaborazione tra l’Università di Rostock e il centro tedesco Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). I risultati, appena pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature, potrebbero avere ricadute decisive nel settore della fusione nucleare, grazie alle proprietà uniche di questo materiale sotto condizioni estreme.
A differenza di molti altri elementi, il carbonio non fonde normalmente: passa direttamente da solido a gas, un fenomeno chiamato sublimazione. Solo combinazioni eccezionali di altissima temperatura e pressione possono consentire il passaggio allo stato liquido. Ricreare queste condizioni, però, ha rappresentato fino ad oggi un ostacolo quasi insormontabile per la scienza sperimentale.
Un laser ad altissima potenza per fondere il carbonio
Il team ha superato questo limite grazie all’utilizzo del laser DiPOLE 100-X, una tecnologia sviluppata nel Regno Unito presso la Central Laser Facility dello STFC. Il potente dispositivo è stato integrato nella struttura di ricerca European XFEL, dove è stato in grado di colpire campioni di carbonio solido e portarli temporaneamente a una temperatura di circa 4.500 °C, inducendo la fusione in fase liquida per una frazione di secondo.
Durante questo brevissimo lasso di tempo, un fascio di raggi X ultra-intensi ha permesso di catturare istantanee atomiche delle strutture del carbonio in fase liquida, utilizzando una tecnica basata sulla diffrazione. Le immagini sono state ripetute centinaia di volte, ciascuna con parametri leggermente diversi, e poi combinate per costruire una rappresentazione dettagliata del passaggio da solido a liquido. Un processo che ha permesso non solo di confermare teorie precedenti, ma anche di rivelare comportamenti inattesi del materiale.
La sorprendente struttura ordinata del carbonio liquido
Una delle scoperte più sorprendenti riguarda la struttura molecolare del carbonio liquido. A differenza della maggior parte dei liquidi, dove l’ordine tra le molecole tende a scomparire, nel carbonio liquido rimane una configurazione simile al diamante: ogni atomo risulta legato ad altri quattro atomi vicini, creando una geometria che ricorda le strutture cristalline.
Questa peculiarità, paragonata da alcuni scienziati al comportamento dell’acqua nei suoi stati anomali, rappresenta un’indicazione della straordinaria complessità di questo materiale. E apre nuove ipotesi sul modo in cui il carbonio si comporta in condizioni estreme, come quelle che si trovano nei reattori sperimentali o addirittura all’interno delle stelle.
Carbonio liquido nei reattori: refrigerante e moderatore di neutroni
La possibilità di utilizzare il carbonio liquido nei reattori a fusione ha acceso l’interesse della comunità scientifica. Il materiale potrebbe svolgere un doppio ruolo: da un lato agire come fluido refrigerante, capace di resistere alle temperature elevate, dall’altro fungere da moderatore per rallentare i neutroni, favorendo la continuità delle reazioni nucleari.
Entrambe le funzioni sono considerate fondamentali per rendere i futuri reattori a fusione nucleare più stabili ed efficienti, riducendo i rischi e migliorando le prestazioni rispetto alle attuali tecnologie sperimentali basate su tokamak o laser.
Verso nuovi esperimenti in tempi sempre più brevi
I ricercatori coinvolti sottolineano che il sistema D100-X è stato progettato proprio per indagare i materiali in condizioni fisiche estreme. Secondo quanto riportato, le tecnologie di laser e diagnostica sono ancora in fase di ottimizzazione, ma l’obiettivo è quello di rendere questi esperimenti sempre più veloci e automatizzati.
“Questa scoperta ci avvicina a una comprensione più profonda dei materiali che compongono il cuore delle stelle e i futuri reattori”, affermano i ricercatori. I prossimi passi prevedono la replica degli esperimenti con altri materiali e l’integrazione con sistemi di intelligenza artificiale per accelerare la raccolta e l’analisi dei dati.
Fonti:
The structure of liquid carbon elucidated by in situ X-ray diffraction | Nature
