Il “sole artificiale” cinese supera il limite di densità del plasma: cosa significa per la fusione nucleare?

Il reattore sperimentale cinese EAST ha superato un limite di densità del plasma ritenuto per decenni invalicabile.

Il risultato, ottenuto controllando in modo preciso l’interazione tra plasma e pareti del reattore, apre nuove prospettive verso l’innesco della fusione nucleare e la produzione di energia a elevata potenza.

Il tokamak EAST e il significato del superamento del limite di densità

Il reattore sperimentale EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), spesso definito “sole artificiale” della Cina, ha raggiunto un risultato che segna un punto di discontinuità nella fisica della fusione. Per la prima volta, un plasma confinato in un tokamak è rimasto stabile a densità nettamente superiori ai limiti empirici che hanno guidato la progettazione e l’operatività dei reattori per oltre mezzo secolo.

Il risultato è stato ottenuto da un team di ricerca afferente alla Chinese Academy of Sciences, con il contributo di studiosi della Huazhong University of Science and Technology. I dati sperimentali sono stati pubblicati su Science Advances all’inizio del 2026 e forniscono una conferma sperimentale a un quadro teorico che, fino ad ora, non aveva trovato riscontri diretti.

Il superamento del limite di densità non rappresenta un semplice record operativo, ma modifica in modo sostanziale la comprensione dei meccanismi che governano la stabilità del plasma nei dispositivi a confinamento magnetico.

Perché la densità del plasma è un parametro critico nella fusione

Nella fusione nucleare basata su reazioni deuterio-trizio, l’energia prodotta dipende in modo diretto da tre grandezze fondamentali: temperatura, tempo di confinamento e densità del plasma. A temperature dell’ordine di 13 keV, equivalenti a circa 150 milioni di kelvin, la potenza di fusione cresce proporzionalmente al quadrato della densità.

Questo legame rende la densità un parametro estremamente appetibile per aumentare la resa energetica di un reattore. Allo stesso tempo, storicamente, si è rivelato uno dei più difficili da spingere oltre una certa soglia. Nei tokamak, superare il cosiddetto limite di densità porta in genere a instabilità magnetoidrodinamiche, raffreddamento improvviso del plasma e perdita del confinamento.

Queste instabilità hanno rappresentato uno dei principali freni al raggiungimento dell’innesco della fusione, soprattutto nei dispositivi progettati per operare in condizioni stazionarie.

Il limite empirico e le sue conseguenze operative

Per decenni, il comportamento dei plasmi nei tokamak è stato descritto attraverso limiti empirici derivati dall’osservazione sperimentale. Il più noto è il limite di Greenwald, che collega la densità massima raggiungibile alla corrente di plasma e alla sezione del tokamak.

Questo limite non nasce da una legge fondamentale della fisica, ma da una regolarità osservata in numerosi dispositivi. Tuttavia, la sua affidabilità pratica lo ha reso un vincolo progettuale di fatto. Superarlo significava, nella maggior parte dei casi, innescare fenomeni distruttivi per il plasma e potenzialmente per la macchina.

La conseguenza è stata una strategia conservativa nella progettazione dei reattori: temperature sempre più elevate e miglioramenti del confinamento, a fronte di densità mantenute entro soglie considerate sicure.

Il concetto di regime “density-free” e l’auto-organizzazione plasma-parete

Negli ultimi anni, un filone teorico ha proposto una lettura diversa dell’origine dei limiti di densità. La teoria della plasma-wall self organization (PWSO), sviluppata inizialmente da ricercatori europei, suggerisce che il limite non sia intrinseco al plasma, ma emerga dall’interazione non ottimizzata tra plasma e pareti metalliche del reattore.

Secondo questo approccio, esiste un regime privo di limite di densità nel quale il plasma può restare stabile anche a valori estremi, a condizione che il bilancio tra flussi di particelle, impurità e processi di sputtering sia mantenuto in uno stato di equilibrio dinamico.

In questo scenario, la parete non è più un semplice confine passivo, ma diventa un elemento attivo del sistema, capace di influenzare in modo decisivo la stabilità globale del plasma.

La strategia sperimentale adottata su EAST

Il team di ricerca ha sviluppato un nuovo schema operativo per EAST, concentrandosi in modo particolare sulla fase di avviamento della scarica. In questa fase iniziale vengono definite le condizioni che influenzeranno l’intera evoluzione del plasma.

La strategia ha previsto:

• un controllo accurato della pressione iniziale del gas combustibile;
• l’uso mirato del riscaldamento a risonanza ciclotronica elettronica durante lo startup;
• la gestione attiva delle interazioni plasma-parete fin dalle prime fasi della scarica.

Questo approccio ha ridotto in modo significativo l’accumulo di impurità e le perdite energetiche, consentendo alla densità del plasma di crescere progressivamente senza innescare instabilità distruttive.

La conferma sperimentale del regime ad alta densità stabile

Applicando il nuovo schema operativo, EAST ha raggiunto densità di plasma ben superiori ai limiti empirici tradizionali, mantenendo al tempo stesso un confinamento stabile. I dati hanno mostrato un comportamento coerente con le previsioni della teoria PWSO, segnando la prima conferma sperimentale diretta dell’esistenza di un regime “density-free”.

Questo risultato dimostra che il limite di densità non rappresenta una barriera fisica assoluta, ma una condizione operativa superabile attraverso una progettazione più raffinata dell’interazione tra plasma e materiali del reattore.

Implicazioni per l’innesco della fusione

La possibilità di operare a densità più elevate ha conseguenze dirette sulla probabilità di raggiungere l’innesco della fusione. A parità di temperatura e tempo di confinamento, un aumento della densità comporta un incremento sostanziale della potenza di fusione generata.

Secondo i ricercatori coinvolti, il metodo sviluppato su EAST potrebbe essere esteso a dispositivi di nuova generazione, inclusi i tokamak destinati a operare con plasmi in combustione. Questo rende il risultato rilevante non solo dal punto di vista scientifico, ma anche ingegneristico.

Verso applicazioni nei tokamak ad alto confinamento

Il passo successivo dichiarato dal team di ricerca consiste nell’applicare la stessa strategia operativa a regimi di alto confinamento, nei quali il plasma presenta prestazioni energetiche superiori ma anche una maggiore sensibilità alle instabilità.

Se il regime ad alta densità stabile potrà essere riprodotto in queste condizioni, si aprirà una nuova finestra progettuale per i futuri reattori a fusione, con margini più ampi per ottimizzare la produzione di energia.

Un cambiamento strutturale nella fisica dei reattori a fusione

Il risultato ottenuto con l’“sole artificiale” cinese modifica un presupposto centrale della fisica dei tokamak: l’idea che esista un tetto invalicabile alla densità del plasma. La dimostrazione sperimentale di un regime stabile oltre questo limite sposta l’attenzione verso la gestione integrata del sistema plasma-parete.

Questa prospettiva rafforza l’idea che il progresso verso la fusione energetica non dipenda solo da campi magnetici più intensi o temperature più elevate, ma da una comprensione sempre più fine dei meccanismi di auto-organizzazione che governano il plasma. In questo senso, EAST non rappresenta soltanto un record sperimentale, ma un banco di prova concettuale per l’evoluzione dell’intera disciplina.