La fusione nucleare: l’energia del futuro?

by Ivan Berdini on

Per “fusione nucleare” si intende un tipo di reazione che l’ingegneria insegue da molti anni ormai. Si tratta della stessa reazione che alimenta il Sole e le altre stelle e, potendola controllare artificialmente, sarebbe una fonte di energia pulita e virtualmente inesauribile. Proprio ciò di cui l’Umanità avrebbe bisogno.

Interno di un Tokamak, un reattore a fusione sperimentale (Di sconosciuto – sconosciuta, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1237726)

Reazioni chimiche e reazioni nucleari

Siamo costantemente circondati da reazioni chimiche, tanto che le nostre cellule controllano continuamente delle reazioni chimiche mediante gli enzimi. Queste reazioni servono alle cellule per fare tutto, dalla produzione di sostanze varie alla liberazione di energia. Attualmente la nostra civiltà dipende dalle reazioni chimiche per estrarre energia, per esempio la combustione di un idrocarburo è una reazione chimica.

Esempio di legame covalente, che tipicamente si forma tra due atomi in seguito a una reazione chimica (Di Edoardo Gili (Brozolo) – Opera propria, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47134129)

Ma per quanto le reazioni possano essere varie, coinvolgono sempre gli elettroni degli atomi, che vengono scambiati o messi in comune per formare dei legami. I nuclei non reagiscono mai tra loro, anzi vengono tenuti separati dalla repulsione elettrostatica: essendo densi di cariche positive (quelle dei protoni) non si possono avvicinare gli uni agli altri, proprio come due magneti della stessa polarità.

Esistono però due tipi di reazione “nucleari”, che coinvolgono i nuclei degli atomi.

La prima è chiamata fissione ed è quella che avviene nei reattori delle centrali nucleari tradizionali. In pratica il nucleo di un atomo molto grande, come per esempio uranio o plutonio, viene bombardato da dei netroni che possono avvicinarsi in quanto privi di carica elettrica. L’arrivo di questo nuovo neutrone destabilizza il nucleo dell’atomo, che si spacca letteralmente in due formando i nuclei di altri due elementi più piccoli. La massa sommata dei due nuovi nuclei è però inferiore a quella totale del nucleo di partenza, la differenza di massa è stata convertita in un’altra forma di energia. Sebbene questo tipo di reazioni avvenga solo nelle centrali o in seguito alla detonazione di un’arma nucleare, è noto almeno un caso di “reattore a fissione naturale”.

La fusione nucleare

La fusione tra idrogeno deuterio e idrogeno trizio, che forma nuclei di elio (Di Wykis – self-made, based on D-t-fusion.png, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6654511)

La fusione nucleare è invece un processo opposto e avviene naturalmente nelle stelle, di ogni dimensione. In questo caso due nuclei di elementi leggeri si fondono per produrre un atomo più pesante. Per esempio, le stelle sono alimentate per la fase stabile della loro vita dalla fusione dell’idrogeno, che viene convertito in elio. Solo che la massa di un atomo di elio è inferiore a quella dei due atomi di idrogeno inziali, in questo caso la differenza di massa è diventata energia elettromagnetica come la luce.

Questo avviene perché all’interno delle stelle l’immensa gravità spinge gli atomi molto vicini, vincendo la repulsione elettrostatica. Tanto da raggiungere la distanza a cui agisce l’interazione nucleare forte, ovvero la forza che tiene insieme protoni e neutroni del nucleo. Quando questa forza entra in azione, i due nuclei si fondono a formarne uno più pesante.

Fusione nucleare artificiale

Sebbene questo tipo di reazione nucleare sia molto comune in natura (esiste un numero di stelle semplicemente incalcolabile nell’universo), artificialmente è difficilissima da controllare. Ancora non esiste al mondo un solo reattore capace di sfruttarla per produrre energia, e ci si prova sin dagli anni ’50 del secolo scorso.

L’unico caso di reazione di fusione nucleare artificiale si verifica quando viene fatta brillare una bomba termonucleare o “bomba H”, che genera appunto una fusione “incontrollata”. Controllarla è difficile perché può raggiungere temperature di 100 milioni di gradi, che è semplicemente immensa. Inoltre è necessario un modo per costringere gli atomi ad avvicinarsi tanto da fondersi, come fa la gravità delle stelle.

L’unico modo che abbiamo per avviare e controllare una reazione di fusione è tramite un immenso campo magnetico, che tiene il plasma di reazione lontano dalle pareti della macchina e permette di avvicinare tanto i nuclei da farli fondere. Ma è più facile a dirsi che a farsi.

Perché la fusione nucleare?

Controllare la fusione sarebbe semplicemente il punto di svolta per la nostra civilità. Un’immensa quantità di energia con un costo ambientale contenuto, un sogno inseguito ormai da decenni.

Nonostante i media e gli ecologisti spingano molto sulle fonti rinnovabili, esse non potranno mai soddisfare il nostro mondo affamato di energia per vari motivi (sono discontinue, possono essere usate solo in pochi posti al  mondo oppure hanno un impatto ambientale devastante come l’energia idroelettrica). L’energia da fusione risolve tutti i nostri problemi: è abbondante, relativamente economica (una volta a regime) e ha un basso impatto ambientale, perché produce scorie radioattive in quantità molto limitata, quasi trascurabile. Una simile fonte di energia permetterebbe di riparare molti danni ambientali del nostro pianeta, e magari anche aprirci le porte dell’esplorazione spaziale.

Ma tutto questo è destinato a rimanere un sogno finché non sarà costruito un reattore funzionante, ed è proprio ciò che la ricerca tenta di fare. Attualmente esistono delle macchine chiamate tokamak che possono indurre artificialmente fusione nucleare attraverso potenti campi magnetici per pochissimi secondi, prima che la reazione si destabilizzi e cessi del tutto.

La ricerca sulla fusione nucleare nel mondo…

Attualmente è in costruzione nel sud della Francia un reattore sperimentale chiamato ITER, finanziato da un consorzio internazioale formato da Unione Europea, Stati Uniti, Russia, Cina, Giappone e Corea del Sud. Lo scopo del progetto è produrre una reazione di fusione che liberi 500MW per almeno 60 minuti, quindi una reazione stabile.

…e in Italia

Il nostro paese è in prima linea come al solito quando si parla di fisica, infatti nella città di Frascati (in provincia di Roma) verrà costruito a partire da novembre 2018 un reattore sperimentale chiamato DTT (Divertor Tokamak Test facility), gestito dall’ENEA, dall’INFN e da varie università italiane, con lo scopo di arrivare a produrre una reazione di fusione stabile nel giro di pochi anni. Questo progetto darà lavoro a ben 1.500 persone, sempre perché la ricerca è una cosa inutile.

Addirittura un’azienda petrolifera come l’ENI sta finanziando un progetto innovativo del MIT di Boston, che promette di arrivare a costruire un reattore utilizzabile commercialmente nel giro di 15 anni.

Aspettiamo quindi i risultati di questi progetti, che sono certo porteranno a dei risultati rivoluzionari. Nell’attesa scommetto che non ci vorrà molto per vedere le prime manifestazioni di attivisti NoFusione.

Written by: Ivan Berdini

Zoologo, naturalista, divulgatore scientifico e appassionato di fotografia.

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