HL-4, il tokamak cinese che metterà alla prova magneti da 25 tesla nelle condizioni di un reattore a fusione

La Cina sta spostando il baricentro della ricerca sulla fusione nucleare dal solo plasma all'ingegneria dei reattori. Il nuovo HL-4, o Huanliu-4, è stato presentato come un tokamak sperimentale di quarta generazione progettato soprattutto per capire se i magneti superconduttori ad alta temperatura, noti come magneti HTS, possano funzionare in un ambiente vicino a quello di un futuro reattore. 12

La precisazione è importante: HL-4 non nasce, almeno nell'immediato, per produrre elettricità commerciale. Il suo obiettivo è affrontare uno dei problemi più delicati della fusione a confinamento magnetico, cioè mantenere affidabili i magneti mentre il plasma genera calore intenso, radiazioni e forze elettromagnetiche enormi.

La missione di HL-4: portare i magneti fuori dal laboratorio

In un tokamak, potenti campi magnetici tengono confinato il plasma, impedendogli di entrare in contatto diretto con le pareti della macchina. Magneti più intensi possono contribuire a rendere il dispositivo più compatto e a migliorare il confinamento del plasma, ma soltanto se materiali, strutture di supporto, sistemi criogenici, alimentazione e controlli restano stabili come parte di un unico sistema.

I materiali della conferenza hanno descritto HL-4 come una piattaforma destinata a verificare in modo sistematico l'affidabilità dei magneti HTS ad alto campo in condizioni di fusione «complesse». 810 È una sfida molto diversa da quella di un semplice collaudo in laboratorio: in un impianto integrato, il magnete deve sopportare contemporaneamente carichi termici, radiazioni e sollecitazioni meccaniche legate al campo magnetico.

Il progetto, quindi, non riguarda soltanto la ricerca di un nuovo record di temperatura del plasma. Riguarda la possibilità di far funzionare a lungo e in modo coordinato l'hardware necessario a un reattore a fusione.

L'eredità della serie Huanliu

HL-4 è il successore previsto di una famiglia di dispositivi sviluppati dal Southwestern Institute of Physics (SWIP). La sequenza comprende HL-1, HL-1M, HL-2A e HL-3, quest'ultimo precedentemente noto come HL-2M. 2627

HL-3 ha raggiunto il primo plasma nel 2020 e una modalità di confinamento elevato nel 2023. 2627 I risultati del 2025 forniscono il contesto scientifico da cui parte la nuova macchina: un annuncio ufficiale della China National Nuclear Corporation ha indicato una temperatura degli ioni di 117 milioni di °C e una temperatura degli elettroni di 160 milioni di °C. 19

Altre ricostruzioni hanno arrotondato il dato degli ioni a circa 120 milioni di °C, mantenendo a 160 milioni di °C quello degli elettroni. 1825 Per questo, l'intervallo più prudente è 117-120 milioni di °C, invece di presentare un unico valore come se non esistessero differenze nella descrizione del risultato.

HL-4 avrà però un compito diverso dal semplice aggiornamento del record del plasma: dovrà verificare se magneti e sistemi di reattore possano sopportare le condizioni generate da un plasma ad alte prestazioni.

La corsa al magnete da 25 tesla

In parallelo al progetto HL-4, un consorzio per l'innovazione del delta del Fiume Azzurro, guidato da China Fusion Energy, ha annunciato un programma per sviluppare magneti HTS ad alto campo compatibili con i requisiti dell'impianto. Il gruppo riunisce nove organizzazioni di ricerca e aziende, tra cui China Fusion Energy, Shanghai Superconductor, Eastern Superconductor, la Shanghai Jiao Tong University e Shanghai Electric Nuclear Power Group. 56

La tabella di marcia prevede una linea di sviluppo e collaudo per magneti HTS da 25 tesla entro il 2028 e la realizzazione di magneti prototipo entro il 2030. 45

Il valore di questo obiettivo non sta soltanto nel numero: indica la costruzione di una filiera industriale completa. Produrre il materiale superconduttore è solo una parte del lavoro. Servono anche la fabbricazione delle bobine, le strutture di sostegno, i sistemi criogenici, gli alimentatori, le infrastrutture di prova e la capacità di integrare tutto in un ambiente da tokamak.

Il magnete da 582 tonnellate di Hefei

Un altro progetto cinese mostra quanto siano imponenti le dimensioni dell'hardware richiesto. A Hefei, i ricercatori hanno completato e collaudato una bobina superconduttrice da 582 tonnellate, descritta come il più grande magnete per la fusione mai realizzato. La struttura a forma di D misura circa 21 metri per 12 ed è destinata al Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak, o BEST. 113

BEST è in costruzione con l'obiettivo di dimostrare un guadagno netto di potenza da fusione e la generazione di elettricità intorno al 2030. 14 Il collaudo della grande bobina rappresenta quindi un traguardo significativo per la produzione e l'integrazione di componenti su scala reattore.

Ma non è la prova che la Cina abbia già realizzato un reattore a fusione commerciale, né che abbia raggiunto una produzione continua ed economicamente conveniente di elettricità. L'obiettivo di BEST per il 2030 è ancora una dimostrazione programmata; lo stesso vale per HL-4 e per il magnete da 25 tesla. 14

Dalla fisica alla politica industriale

Considerati insieme, HL-4, il programma per i magneti da 25 tesla e il progetto BEST mostrano una strategia che va oltre la fisica del plasma. La Cina sta sviluppando competenze nei materiali superconduttori, nella produzione di magneti, nei grandi impianti di collaudo e nell'ingegneria dei reattori, collegando istituti di ricerca e aziende industriali sostenute dallo Stato. 59

La fusione è stata inoltre inserita tra le tecnologie di frontiera prioritarie del periodo del 15º Piano quinquennale cinese, che arriva fino al 2030. 33 Alcune ricostruzioni hanno parlato di oltre 300 miliardi di yuan di investimenti entro il 2030, ma questa cifra va considerata una stima riportata nel dibattito politico e industriale, non il budget confermato del progetto HL-4. 37

L'obiettivo strategico è ridurre la dipendenza da apparecchiature e materiali stranieri, costruire una filiera nazionale della fusione e accumulare esperienza nel passaggio dalla fisica sperimentale all'ingegneria dei reattori. È la stessa transizione che alimenta la competizione internazionale per trasformare la fusione in una tecnologia energetica concreta.

Il punto decisivo è ancora davanti a noi

La presentazione di HL-4 non significa che l'energia da fusione sia ormai disponibile. Segnala piuttosto quale sia il prossimo ostacolo tecnico che la Cina intende affrontare: dimostrare che i magneti superconduttori ad alta temperatura possono lavorare in modo affidabile nelle condizioni realistiche di un impianto a fusione.

I risultati termici di HL-3, la bobina da 582 tonnellate di BEST e la rete industriale per i magneti HTS indicano un programma che sta passando a una scala ingegneristica più ampia. Restano però da dimostrare i traguardi più difficili: funzionamento affidabile per lunghi periodi, produzione netta di energia e, soprattutto, elettricità competitiva sul piano economico.