La fusione nucleare: from the stars to California

Tutto l’universo come la conosciamo, la vita come la intendiamo , la gioia, il dolore, inizia tutto da un processo chimico dentro le stelle: la fusione nucleare. 

Cosa è successo lo scorso 5 Dicembre al Nif 

Per la prima volta nella storia gli scienziati Americani sono riusciti ad ottenere la fusione nucleare controllata ottenendo più energia di quella usata per portare la miscela di deuterio e trizio allo stato di plasma.

Se questo processo fosse possibile da replicare in scala sarebbe una grande sconfitta per tutti quei paesi medio-orientali che da decenni investono per non far ottenere obiettivi come questo e quindi ottenere profitto dalla vendita di petrolio, ma allo stesso tempo sarebbe una grande vittoria della scienza che porterebbe a squilibri geopolitici ma anche ad un maggior benessere ed a un minore inquinamento.

Purtroppo non sono tutti diamanti quelli che luccicano e l’energia necessaria per avviare il processo è ancora maggiore di quella prodotta( i laser consumano molto di più di quello che per ora possiamo produrre).

Cos'è la fusione nucleare?

La fusione nucleare è un processo chimico/fisico presente nelle stelle dove 2 o più nuclei di idrogeno si uniscono tra loro per formare un atomo di elio. Per far sì che la fusione avvenga c’è bisogno che i due atomi di idrogeno siano avvicinati fra loro così da emettere un’energia tale da superare la repulsione elettromagnetica. Per gli atomi di numero atomico 26 e 28 la reazione è

esotermica, cioè emette energia. Per gli atomi con numero atomico maggiore la reazione è endotermica, cioè assorbe energia. La fusione nucleare è il meccanismo che rende le stelle luminose e che ne impedisce il collasso.

Essa è stata prodotta in modo artificiale nei primi anni 50’ per aumentare la potenza di una bomba atomica. A partire dagli anni 60’ sono stati effettuati molti esperimenti sulla fusione nucleare per sfruttare l’energia prodotta da essa e trasformarla in energia elettrica.

Qual è la differenza tra fissione nucleare e fusione nucleare?

La fusione nucleare è un processo a energia pulita perché non riporta scorie radioattive dannose per la vita. Un aspetto positivo della fusione nucleare è che non è necessario usare uranio che potrebbe danneggiare l’ecosistema circostante. Il secondo aspetto positivo della fusione nucleare è che è molto più sicura del reattore a fissione nucleare in ambito di reazioni che potrebbero far collassare il reattore come è successo nella città di Chernobyl il 1986. Il terzo aspetto positivo è che la fusione nucleare non produce nessun tipo di inquinamento a differenza della fissione nucleare e delle altre fonti rinnovabili e non (rinnovabili perché per impiantare una pala eolica si devono tagliare molti alberi utili per l’ossigeno e le batterie che servono alla pala eolica per funzionare sono create con il Litio che è un materiale inquinante difficile da smaltire). La fusione nucleare, sulla terra inoltre, è il frutto della collisione di due o più isotopi di idrogeno (trizio e deuterio) che sono degli elementi molto abbondanti sulla superficie terrestre. I pochi aspetti negativi della fusione nucleare sono:1) contro è che la ricerca in questo ambito sia dispendiosa a breve termine, cioè che per perfezionare questa tecnologia più avanzata c’è bisogno di molti soldi, 2) contro è che per costruire un reattore a fusione nucleare c’è bisogno di molti anni essendo una tecnologia che ancora noi non riusciamo ad utilizzare in maniera controllata 3) contro è che avere un enorme quantità di energia potrebbe sconvolgere gli equilibri geopolitici mondiali e potrebbe portare danni a tutti quei paesi che oggi producono energia non rinnovabile.

Intervista al prof di fisica all’Unical Pasquale Pagliusi

Salve  professore  dopo  un’indagine  condotta  da   noi  ragazzi  presso  la  nostra  scuola  gli alunni   hanno  fatto emergere alcune domande che saremmo grati di porle.

-Ho letto sul libro scolastico che sono necessari nelle stelle milioni di gradi per attivare la fusione nucleare come abbiamo fatto ad averla sulla terra?

Sulla Terra, per via della bassa gravità, abbiamo bisogno di temperature ancora maggiori delle stelle. Queste si ottengono riscaldando il plasma di Deuterio e Trizio (con processi quali la risonanza elettronica) a temperature che scioglierebbero qualsiasi materiale….infatti il plasma viene “confinato” ossia tenuto lontano dalle pareti della macchina attraverso intensi campi magnetici (nei Tokamak) o attraverso potenti fasci laser (al NIF National Ignition Facility ).

-Un reattore a fusione nucleare potrebbe esplodere e fare grandi danni come a Chernobyl?

 No,la fusione nucleare non è basata su una reazione a catena e non produce scorie radioattive

-Potrebbe la fusione nucleare rimpiazzare le fonti non rinnovabili? 

Certamente questa ha infatti un enorme potenziale e potrebbe farlo di gran lunga

Quanto ci sarà ancora indicativamente da aspettare per avere un reattore a fusione nucleare?

Reattori a fusione nucleare esistono già da anni in diverse decine in tutto il mondo. Sfruttano diversi disegni e tecnologie (confinamento magnetico i Tokamak, Stellator, etc …confinamento inerziale…come quello del NIF in California). Quello che fino ad oggi non è ancora possibile è ottenere dalla Fusione Nucleare più energia di quanto non se ne spenda per “attivare” la reazione. Fino ad oggi, insomma, è un processo “in perdita”e lo sarà per circa 20-30 anni.

-E la fusione nucleare usata per le bombe atomiche ?

Le cosiddette bombe-H o termonucleari sono state sviluppate pochi anni dopo quindi già esistono da molto (il primo test risale al novembre del 1952) le prime bombe a “fissione” (quelle di Hiroshima e Nagasaki per intenderci) si basano su un doppio stadio …il primo è un ordigno a fissione che serve ad innescare il secondo a fissione.

A cura di Angelo Crocè 1G, Giuseppe Rigoli 1A e Aurelio Zicarelli 1A