La fusione nucleare: realtà o chimera?

La fusione nucleare: realtà o chimera? | © n.c.In alcuni articoli antecedenti a questo, abbiamo discusso se pur in maniera semplificata, di fonti di energia rinnovabili. In particolare, si è cercato di analizzare, specificatamente nel caso ILVA, il riciclo di sostanze dannose per la produzione di energia elettrica. Abbiamo a questo punto una panoramica d’insieme che ci consente, a livello di mera informazione, di comprendere che esistono molte soluzioni per far fronte all’enorme richiesta di energia e che non sono certo un punto di arrivo ma stimolano la ricerca a studiare soluzioni migliori a costi contenuti. Anche nel caso delle rinnovabili, si sono trascurati una serie di fattori di impatto ambientale e, col tempo, le stesse non sono più risultati green energy al 100% come si era fatto credere al loro esordio. Dunque, è chiaro che intrinsecamente le emissioni delle cosiddette fonti rinnovabili sono e in termini di aria inquinata ma, ci sono comunque diversi aspetti che devono essere considerati e che spesso il denaro riesce illusionisticamente a mettere da parte. Fatta questa premessa, e rimanendo in tema di fonti d’energia, cercheremo di dare una risposta al titolo dell’articolo provando a capire il traguardo raggiunto ad oggi dalla ricerca sulla fusione nucleare, altresì, cercheremo di capire quanto in realtà la fusione nucleare sia realmente fattibile. Piccolo preambolo, gli attuali reattori nucleari comunemente conosciuti, funzionano a fissione nucleare che è ben diversa dalla fusione nucleare che di fatto è il principio di funzionamento del nostro sole. Per meglio comprendere questi aspetti, divideremo proprio il discorso tra i due possibili utilizzi. La Fissione nucleare E’ una reazione nucleare in cui il nucleo di un elemento pesante, Uranio o Plutonio, viene diviso in nuclei più leggeri cioè con numero atomico inferiore. In alcuni casi, questo avviene con l’emissione di grandi quantità di energia e di radioattività. Questo fenomeno, può avvenire sia in maniera spontanea che in maniera indotta tramite il bombardamento di neutroni. I principali effetti della fissione sono la grande liberazione di energia e l’emissione contemporanea di neutroni che innescano nuove fissioni, generando così una reazione a catena. L’energia che si libera nel processo di fissione, tenuta rigorosamente sotto controllo, viene sfruttata per la produzione di energia elettrica così come appare in figura sottostante. Il vantaggio della medesima è che richiede pochissima energia in quanto è un fenomeno che, come detto, avviene spontaneamente in natura e deve solo essere innescato nelle giuste proporzioni. Senza entrare nello specifico della discussione, che probabilmente sarà il tema di altri articoli, le problematiche principali di questi reattori sono rappresentate dalle scorie radioattive con percentuali di elementi che richiedono migliaia di anni per divenire innocui. Spesso, la discussione politica ed economica, ahimè quasi mai scientifica, su questi aspetti è notevolmente spinta dagli incedenti accaduti in passato. Come anticipato, non entreremo ora nel merito di questa discussione, ma molto spesso, indipendentemente dall’essere favorevoli o meno alle centrali a fissione, esiste oggettivamente una cattiva informazione volta proprio a non chiarire punti essenziali come ad esempio le nuove generazioni (III+ e IV) di queste centrali.

La fusione nucleare Senza addentrarci nei cenni storici che potrebbero risultare poco interessanti ai più, asseriamo che la fusione nucleare ha origini che risalgono intorno agli anni ’20. Di fatto, Eddington affermò che l’energia prodotta dalle stelle fosse il risultato della fusione nucleare d’idrogeno e elio. Egli affermò quanto detto sulla base di esperimenti  di trasmutazione nucleare condotti da Rutherford molti anni prima. Dopo questa brevissima parentesi storica, cerchiamo di capire in maniera semplice in cosa consta la fusione nucleare. In termini molto semplici, possiamo vedere il processo di fusione come l’esatto contrario della fissione. Di fatto, in una fusione nucleare, si parte da nuclei di atomi molto leggeri, e si costruiscono nuclei di atomi più pesanti. In fisica, la fusione è il processo di reazione nucleare attraverso il quale i nuclei di due o più atomi vengono compressi tanto da far prevalere l’interazione forte sulla repulsione elettromagnetica ( repulsione in quanto abbiamo cariche di segno uguale). Tale iterazione fa si che i nuclei si uniscano tra loro andando a generarne uno di massa maggiore dei reagenti ed eventualmente, uno o più neutroni liberi. La fusione di elementi fino ai numeri atomici 26 e 28 (ferro e nichel) è esoenergetica, cioè emette più energia di quanta ne richieda il processo di compressione. Da qui, l’idea di sfruttare la fusione per produrre energia da atomi leggeri. Il Sole e le altre stelle funzionano secondo questo principio. Al loro interno, nuclei di idrogeno si fondono per generare Elio ed energia. L’uomo ha riprodotto sulla terra il processo di fusione in forma controllata nei reattori a fusione termo nucleari sperimentali e, in forma incontrollata per le bombe ad idrogeno. Vogliamo sottolineare che la fusione nucleare controllata, potrebbe risolvere il problema energetico a cui la ricerca ogni giorno fa fronte cercando di studiare nuovi mezzi per la produzione di energia. La fusione in merito riuscirebbe a produrre enormi quantità di energia senza l’emissione di gas serra nell’atmosfera, altresì, si riduce al minimo la produzione di scorie radioattive.  Una piccola quantità di radioattività interesserebbe solo alcuni componenti  del reattore a fusione esposti alle radiazioni, non certo il combustibile esausto della centrale. Attualmente sono in corso studi per la riproduzione a fini energetici dei fenomeni di fusione nucleare controllata. In questo settore, alcuni problemi principali sono dovuti al confinamento del combustibile e all’energia richiesta per vincere la repulsione delle cariche elettriche. Attualmente il progetto più avanzato è ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), un reattore sperimentale a fusione termonucleare indispensabile per valutare la reale fattibilità di queste centrali, ma soprattutto per portare avanti la ricerca e cercare di superare gli scogli tecnologici ancora presenti. Per avere un’idea dell’interesse in questo settore, ITER nasce da un progetto internazionale tra UE, Russia, Cina, Giappone, USA, Corea del Sud e India. Il sistema è costituito da un reattore deuterio-trizio in cui il confinamento del plasma (gas ionizzato) è ottenuto in un campo magnetico all’interno di una macchina denominata Tokamak (prende il nome dalla configurazione magnetica definita nel 1950 dai russi Andrei Sakharov e Igor Tamm). Tale esperimento sorgerà a Cadarache (Francia) e i primi lavori sono iniziati nell’agosto del 2010. Secondo la tabella di marcia, il primo plasma dovrebbe essere generato entro il 2019. Anche in Italia si sta analizzando la possibilità di realizzare un reattore sperimentale a fusione nucleare con confinamento magnetico. Il progetto italiano, pensato dall’ ENEA, prende il nome di IGNITOR, ed è in fase avanzata di studio, ma la sua costruzione non è ancora iniziata. Tirando le somme, possiamo affermare quanto segue: ad oggi, la scienza ha raggiunto livelli di conoscenza in tema di energia molto elevati. Esistono reattori a fissione di nuova concezione definiti “intrinsecamente sicuri” per via della ridondanza dei controlli e per l’accoppiamento di controlli gestiti da operatori e da computer. Un’analisi oggettiva di questi aspetti, non può certo prescindere da una valutazione degli incidenti accaduti. Spesso però, sempre a causa degli interessi economici, si tende a far lavorare più a lungo centrali di vecchia concezione, scientificamente riconosciute con problemi, piuttosto che investire in nuovi impianti. La discussione su tematiche del genere, esula molto spesso dai soli aspetti scientifici e purtroppo quasi mai si cerca di mostrare la situazione senza cadere nella fermezza di un’opinione o dell'altra. Dalla spiegazione sopra fatta, emerge comunque che la fonte nucleare è una strada molto valida da seguire e che la scienza deve approfondire sempre meglio con opportuni investimenti atti a portare alla soluzione del problema energetico del nostro pianeta. Con questo articolo, abbiamo anche voluto mettere in evidenza che esistono diverse green energy, e che, anche quelle attualmente più accreditate, presentano un impatto ambientale. A questo punto bisogna solo cercare la migliore, o le migliori, fonti e approfondire gli studi senza mettere inutili etichette su soluzioni che potrebbero segnare una svolta per noi e per le generazioni future. Matteo Martini (Fisico, docente e ricercatore presso l’INFN di Frascati)  Dario Stranieri (dottore in ingegneria civile)

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