Cos'è la fusione nucleare in parole semplici, perché non viene sfruttata dall'uomo e quando sarà disponibile

“Questa monumentale scoperta scientifica è una pietra miliare per il futuro dell’energia pulita“. Con queste parole il senatore californiano Alex Padilla ha salutato il successo dell’esperimento di fusione nucleare avvenuto negli Stati Uniti. Ci vorranno ancora molti anni prima di mettere a frutto il grande risultato degli studiosi statunitensi. Per la prima volta nella Storia, infatti, sono riusciti a produrre attraverso la fusione nucleare più energia di quella utilizzata per innescare la reazione. Il guadagno netto di energia segna una svolta epocale nella ricerca di fonti sostenibili.

• Svolta storica per la fusione nucleare negli Stati Uniti: l'annuncio
• La storia della fusione nucleare artificiale: cosa succederà adesso
• La fusione nucleare in Italia: la ricerca e quando sarà disponibile
• Qual è la differenza tra fissione nucleare e fusione nucleare
• Qual è il problema della fusione nucleare in laboratorio

Svolta storica per la fusione nucleare negli Stati Uniti: l’annuncio

La fusione nucleare avviene quando due o più atomi si fondono assieme. L’esperimento è stato portato avanti dalla Struttura Nazionale di Ignizione del Lawrence Livermore National Laboratory – di proprietà del Dipartimento dell’Energia e gestito dall’Università della California. Il centro si occupa ufficialmente della ricerca e dello sviluppo di tecnologie applicate alla sicurezza nazionale, cioè di armi nucleari. Tuttavia le ricerche condotte al suo interno trovano applicazione nei settori della produzione di energia, della biomedicina e delle scienza ambientali.

Nell’esperimento sono stati immessi 2,05 megajoule di energia nell’obiettivo, per produrne 3,15 grazie alla fusione nucleare. Ottenendo più del 50% di energia in più. Non ne era mai stata prodotto un quantitativo simile nella storia della scienza. All’interno della struttura di ignizione, che ha la grandezza di uno stadio da calcio, sono stati attivati 192 laser. Innescando una reazione che in natura avviene nelle stelle, e aprendo la strada a un futuro a zero emissioni.

Nonostante il risultato sia straordinario dal punto di vista tecnologico, dal lato pratico circa 3 megajoule possono portare all’ebollizione meno di 10 litri di acqua. Tuttavia questa apparentemente piccola quantità di energia viene sprigionata in un milionesimo di secondo.

Ci vorrà del tempo affinché la fusione nucleare sostituisca davvero le fonti di energia sporca e venga utilizzata per immettere energia nelle infrastrutture nazionali e internazionali. Probabilmente diverse decine di anni. Tuttavia con ingenti investimenti e la collaborazione tra diversi Paesi, si potrebbe porre un’accelerazione ai processi che permetteranno lo sdoganamento di centrali a fusione nucleare.

La storia della fusione nucleare artificiale: cosa succederà adesso

L’ottimo risultato ottenuto negli Stati Uniti è frutto di un lungo percorso. Nella prima parte dell’anno, anche nel Regno Unito un altro esperimento di fusione nucleare ha avuto un esito positivo sull’output di energia. Nonostante una produzione di 59 megajoule, circa venti volte quella ottenuta a Livermore, il guadagno netto è stato in quel caso molto di meno di un megajoule, e quasi pari a zero.

Anne White, a capo del Dipartimento di Ingegneria e scienza nucleare del MIT, confrontandosi con la CNN, ha dichiarato che nessuno dei due Paesi ha in questo momento i macchinari necessari per convertire i neutroni ottenuti dal processo di fusione nucleare dei protoni in energia elettrica. I sistemi europei, ma che si basano sulla fusione nucleare a confinamento magnetico, e quelli nordamericani, che sfruttano i laser, potrebbero portare, con sforzi combinati e anche gli investimenti di privati, a rivoluzionare il settore energetico.

Fonte foto: ANSA

La fusione nucleare in Italia: la ricerca e quando sarà disponibile

In Italia si fa ricerca sulla fusione nucleare nel centro ENEA di Frascati, alle porte di Roma. Come viene spiegato anche sul sito dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, questa tecnologia è attualmente considerata come una delle “opzioni utili” per garantire “una fonte di energia di larga scala, sicura, rispetto dell’ambiente e praticamente inesauribile”.

Il nostro è inoltre uno dei 27 Paesi che compongono l’EUROfusion, il consorzio europeo per lo sfruttamento della fusione nucleare. Il suo obiettivo è la produzione di energia elettrica attraverso questa tecnica entro il 2050. È finanziato dal progetto dell’Unione Europea chiamato Horizon 2020 e avrà come scopo la realizzazione del reattore di nuova generazione DEMO.

Qual è la differenza tra fissione nucleare e fusione nucleare

Le centrali nucleari già esistenti funzionano a fissione nucleare, un processo di disintegrazione durante il quale i nuclei pesanti, come quelli dell’uranio o del torio, se opportunamente bombardati con neutroni, si dividono in due frammenti di carica positiva, che si respingono con violenza. Il loro allontanamento produce un’elevata energia cinetica. Attraverso la fissione si liberano anche neutroni che innescano la reazione a catena che permette di mantenere il reattore in funzione continua e costante.

Il calore sviluppato dalle reazioni di fissione nucleare permette di scaldare l’acqua fino al punto di ebollizione. Il vapore così prodotto, in maniera simile a quanto avviene nelle centrali termoelettriche a combustibile fossile, aziona delle turbine che mettono in moto un alternatore. L’energia meccanica si trasforma così in energia elettrica. Basta un grammo di uranio per produrre un quantitativo di energia pari a quella che si può ottenere da quasi 3 mila chili di carbone.

La fusione nucleare è invece una reazione nucleare che avviene, come già detto, nelle stelle, compreso il nostro sole. In questo caso due nuclei di elementi leggeri, come il deuterio o il trizio, a temperature e pressioni elevate si fondono, formando nuclei di elementi più pesanti come l’elio. Il processo emette grandi quantità di energia, ed è praticamente l’inverso della fissione nucleare.

Qual è il problema della fusione nucleare in laboratorio

Per farlo è necessario che i due nuclei si urtino a velocità particolarmente elevate grazie a temperature particolarmente elevate. Nel Sole servono circa 14 milioni di gradi. In laboratorio è invece necessario raggiungere circa 100 milioni di gradi per sopperire alle diverse forze gravitazionali, e per tempi sufficientemente lunghi. Ovvero quelli necessari per far dissociare le singole particelle di un gas nei loro elementi, cioè ioni ed elettroni. Il gas si trasforma così in una miscela di particelle, il plasma.

Questa sostanza non può essere confinata, perché in natura non esistono recipienti adatti a contenerla. E per questo si deve ricorrere al confinamento magnetico, con le particelle costrette a seguire delle traiettorie a spirale intorno alle linee di forza del campo mantenendosi lontane dalle pareti delle strutture che le contengono. I processi artificiali di fusione nucleari sono tuttavia particolarmente dispendiosi in termini energetici, e per questo gli studiosi stanno ancora cercando di capire come arrivare stabilmente a un guadagno netto di energia che permetta di sopperire stabilmente al fabbisogno di elettricità di intere nazioni.

Fonte foto: ANSA