Il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) statunitense e il Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT di Aquisgrana, in Germania, stanno confrontando i loro sofisticati modelli di simulazione laser per sviluppare laser ad alta energia in grado di innescare una reazione di fusione e di funzionare alla massima efficienza in centrali elettriche operative 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) statunitense e il Fraunhofer Institut per la Tecnologia Laser ILT di Aquisgrana, in Germania stanno unendo le forze per sviluppare laser ad alta energia in grado di innescare una reazione di fusione e di funzionare alla massima efficienza in centrali elettriche operative 24 ore su 24, 7 giorni su 7, nell’ambito del progetto ICONIC-FL (International Cooperation on Next-gen Inertial Confinement Fusion Lasers).
Il progetto di laser deve essere convalidato tramite simulazioni prima di poter costruire prototipi costosi. Nel progetto ICONIC-FL (International Cooperation on Next-gen Inertial Confinement Fusion Lasers), i partner perseguono l’obiettivo comune di simulare gli stadi di amplificazione dei laser ad alta energia nel modo più dettagliato possibile, gettando così le basi per un progetto successivo. Si stanno concentrando sul cuore del sistema: gli amplificatori laser. Questi amplificano un impulso laser inizialmente piccolo fino alle energie laser necessarie per la fusione. In questi impulsi laser, i fotoni trasferiscono un’energia di molti milioni di joule. I supporti laser utilizzati a questo scopo sono costituiti da pile di lastre di vetro o cristallo laser con una superficie fino a 40 cm x 40 cm e uno spessore di pochi millimetri; durante il funzionamento, vengono raffreddate con mezzi di raffreddamento trasparenti. Le piastre amplificatrici sono esposte a enormi sollecitazioni termiche e ottiche
“Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, provoca riscaldamento, effetti di rifrazione e aberrazioni che potrebbero distorcere il raggio laser. Anche gli effetti più piccoli e imprevedibili sono significativi e causano perdite di efficienza o danni diretti all’ottica. Vogliamo capire esattamente cosa accade in ogni singola piastra in modo da poter simulare pile di piastre complesse con precisione” spiega Johannes Weitenberg, project manager presso il Fraunhofer ILT.
Validazione incrociata indipendente: sicurezza attraverso due modelli
Nel progetto di ricerca ICONIC-FL, i ricercatori del Fraunhofer Institut ILT e del Lawrence Livermore National Laboratory confronteranno attentamente le rispettive soluzioni di simulazione, sviluppate nel corso di molti anni, per ottenere simulazioni sempre più dettagliate e realistiche. Confronteranno e valideranno sistematicamente le simulazioni senza scambiare il codice effettivo. “Non si tratta di unire i modelli di simulazione, ma di imparare gli uni dagli altri e di ricontrollare i nostri risultati” chiarisce Weitenberg. In ogni caso, questo approccio metodico è estremamente prezioso dal punto di vista scientifico, tecnico ed economico: i partner possono garantire che le loro previsioni simulate siano estremamente robuste e affidabili applicando in modo indipendente i rispettivi codici, sviluppati fino alla maturità in diversi campi di applicazione, allo stesso progetto. Questo approccio può accelerare significativamente lo sviluppo di laser per centrali elettriche reali ed evitare costosi passi falsi in un processo dal valore di miliardi.
Validando i progetti di laser tramite simulazione, i partner evitano non solo rischi tecnici, ma anche enormi rischi finanziari: con fino a 400 percorsi del fascio nei progetti delle future centrali elettriche, anche il più piccolo dettaglio trascurato nella transizione alla produzione in serie può comportare costi significativi.
Le centrali a fusione potrebbero generare elettricità competitiva e climaticamente neutra 24 ore su 24, 7 giorni su 7, rappresentando un complemento importante delle energie rinnovabili volatili.
Foto: Lawrence Livermore National Laboratory
