Fusione nucleare: il sole sulla terra

La fusione nucleare

Soddisfare il fabbisogno energetico globale con una fonte pulita e abbondante è da sempre un miraggio per la scienza. Ma oggi nuovi progetti rivoluzionari sono in gara per realizzare questo sogno.

Fusione nucleare: possibili vantaggi

I Sole è la nostra principale fonte di energia, sia in forma diretta sia attraverso le piante che nei millenni formano i combustibili fossili. Persino l’energia eolica nasce dalla nostra stella, dato che i venti sono originati dal Sole che scalda l’aria. Adesso, grazie agli esperimenti a Cadarache in Francia e a Livermore in California, siamo più vicini che mai alla possibilità di sfruttare nelle centrali elettriche la fusione nucleare, il meccanismo che alimenta il Sole. Le fondamenta per il reattore francese ITER (International Thennonuclear Experimental Reactor) sono già in posizione e la costruzione partirà a giugno. Dovrebbe essere l’ultimo di una serie di reattori sperimentali prima della costruzione di un prototipo di generatore. Nel frattempo, in California la tecnologia alternativa del NIF (National Ignition Facility) ha ottenuto l’anno scorso, per la prima volta, più energia di quella che gli è stata fornita. La corsa alla generazione di energia mediante fusione è partita, ma quando ne vedremo i risultati, se pure mai li vedremo?

La fusione sulla terra

A differenza della scissione dell’atomo che si verifica negli impianti a fissione nucleare esistenti, un reattore a fusione nucleare costringe i nuclei degli atomi a unirsi insieme, formando una sostanza più pesante, e questo procedimento libera energia. La fusione fu usata in modo distruttivo nella bomba all’idrogeno, ma ha enormi potenziali per la produzione civile di energia. Rispetto agli attuali impianti nucleari, un generatore a fusione non potrebbe mai dar luogo a un disastro come quello di Chernobyl, non produce pericolose scorie radioattive e funziona con un combustibile di facile reperibilità. Un tipico reattore a fusione usa due isotopi dell’idrogeno: il deuterio e il trizio. Gli isotopi sono varianti di un elemento che hanno un numero diverso di particelle nel nucleo. Mentre nella forma standard dell’idrogeno il nucleo è composto solo da un protone. nel deuterio c’è anche un neutrone e nel trizio ce ne sono due. E piuttosto facile estrarre il deuterio dall’acqua del mare, mentre il trizio si ottiene dal lido. l’elemento che si usa nelle batterie di molta della nostra tecnologia portatile. Lo si ricava bombardando il litio con neutroni: una volta che un reattore è avviato, può generare da solo questa componente del proprio combustibile, perché i reattori a fusione producono neutroni come scarto. La cosa notevole di un impianto a fusione è la quantità minima di combustibile di cui ha bisogno. Una centrale a carbone da I GW usa circa 10mila tonnellate di carbone al giorno. Un impianto a fusione corrispondente consumerebbe circa un chilogrammo di detuerio/trizio. Il vantaggio è così ovvio che il lavoro sull’energia da fusione è cominciato subito dopo la Seconda guerra mondiale. Eppure ci vorranno ancora decenni prima che uno dei progetti concorrenti sia in grado di fornire un metodo pratico di generazione di energia. Perché c’è voluto tanto? Semplicemente perché è un procedimento incredibilmente difficile da mantenere in attività. Ma anche questo fatto è positivo. A differenza di un reattore a fissione, una centrale a fusione non può raggiungere uno stato critico o un meltdown (cambiamento di stato fisico da solido a liquido di alcune o di tutte le barre di combustibile all’interno di un reattore nucleare) ed esplodere. Se le condizioni non sono perfette, la reazione si limita a fermarsi. Ma questa riluttanza a procedere rende il tutto enormemente difficile. Il problema è che i nuclei carichi positivamente degli atomi non ci tengono a fondersi: se li avviciniamo tendono a respingersi. Più sono vicini e più è forte la repulsione. Perché sia possibile la fusione, devono trovarsi incredibilmente vicini. prima che intervenga la forza nucleare forte, che li lega insieme e che opera solo su distanze minuscole. Se si trovano a più di 2,5 femtometri (2,5 milionesimi di miliardesimi di metri), questa forza è praticamente inesistente. In una stella come il Sole si uniscono tre fattori a rendere possibile questa vicinanza. Uno è la temperatura elevata. Il centro del Sole è sui 15 milioni di gradi centigradi. Quindi i nuclei atomici hanno un’altissima energia cinetica e non hanno problemi a sfrecciare l’uno verso l’altro. Un secondo fattore è la pressione: il Sole è un oggetto dotato di enorme massa e già la sola pressione gravitazionale sulle particelle al suo interno è immensa. Infine, c’è lo strano comportamento delle particelle quantistiche, conte i nuclei atomici; possono subire un fenomeno detto “effetto tunnel quantistico”, in virtù del quale riescono a saltare attraverso una barriera come quella data dalla forza repulsiva e apparire direttamente vicini a un’altra particella. Un reattore a fusione deve simulare quesre condizioni estreme.