fusione nucleare

Svolta storica nella ricerca energetica: cos’è la fusione nucleare?

Gennaro Alvino 18/12/2022
Updated 2022/12/18 at 4:27 PM
7 Minuti per la lettura

«Una svolta storica»: l’ha così definita il dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti riferendosi ai recenti risultati nella ricerca energetica capaci di generare una quantità di energia potenzialmente infinita tramite la fusione nucleare. L’annuncio è arrivato durante una conferenza a Washington nella giornata di martedì 13 dicembre creando grande entusiasmo nel mondo della ricerca scientifica che la definisce “la scoperta del secolo”. Per la prima volta nella storia è stata generata più energia di quanta utilizzata per innescare la fusione nucleare. Un recente esperimento ha infatti prodotto una quantità di energia che si aggira intorno ai 3.15 Megajoule contro i 2.05 forniti dai 192 fasci laser utilizzati.

«Questo è un risultato storico per i ricercatori e lo staff della National Ignition Facility che hanno dedicato le loro carriere a vedere l’innesco per fusione diventare realtà, e questo punto di svolta» ha detto Jennifer Granholm, segretaria al dipartimento per l’Energia.

In cosa consiste l’esperimento

L’intenzione dei ricercatori è quella di ricreare in laboratorio le reazioni nucleari che alimentano il sole: qui infatti le altissime temperature permettono agli atomi di Idrogeno di fondersi e formare un atomo di Elio rilasciando una grandissima quantità d’energia. Tuttavia è assai più complicato ricreare queste condizioni sulla terra poiché due atomi uguali, e quindi con carica uguale, per natura non tendono ad attrarsi bensì a respingersi.

Per fondere due atomi di Idrogeno sono quindi necessarie enormi quantità di energie che fino ad oggi non avevano riscontrato alcun tipo di guadagno netto. A creare quindi scalpore nella comunità scientifica è proprio il fatto che per la prima volta nella storia all’interno dei laboratori del Llnl (Lawrence Livermore National Laboratory) presso la National Ignition Facility in California si è riusciti a produrre circa 3.15 Megajoule di energia a dispetto dei 2.05 utilizzati per innescare la reazione riportando un guadagno energetico di circa il 54%.

L’esperimento è stato reso possibile solo grazie all’uso di 192 laser che sono andati a colpire un piccolo cilindro chiamato “Hohlraum“. All’interno di questo cilindro troviamo una piccola sfera contenente una miscela di due isotopi dell’Idrogeno: il Deuterio ed il Trizio. La grande energia sprigionata dai laser puntati verso questo punto finiscono con aumentare la pressione all’interno del cilindro, comprimendo così sempre di più questa già minuscola sfera favorendo la fusione degli elementi al suo interno.

Questa tecnica di fusione è detta “confinamento inerziale” che è ben diversa dalla meglio nota tecnica del “confinamento magnetico”. Questa seconda tipologia d’esperimento prevede l’utilizzo di un dispositivo a forma di ciambella chiamato “Tokamak”: all’interno di questo, l’Idrogeno in forma gassosa viene riscaldato fino a diventare plasma e viene successivamente trattenuto dai campi magnetici.

Differenza della fusione nucleare con la fissione

La tecnica della fusione nucleare è assai diversa da quella della fissione, sulla quale si basano le attuali centrali d’energia nucleare. I processi d’energia nucleare si differenziano dalla combustione poiché quest’ultima genera energia lavorando sulla parte esterna dell’atomo, cioè sulla sua configurazione elettronica; la fusione e la fissione nucleare invece vanno a cambiare direttamente la configurazione del nucleo atomico.

L’esperimento proposto all’interno dei laboratori del Llnl ripropone lo stesso processo che alimenta le stelle. Naturalmente le reazioni di fusione proposte in laboratorio sono assai differenti da quelle che avvengono sui corpi celesti poiché sarebbe impossibile ricreare sulla terra le stesse condizioni fisiche che innescano la fusione nelle stelle.

Entrano allora qui in gioco due elementi che sono assai simili all’Idrogeno: il Deuterio ed il Trizio. Il primo è caratterizzato da un elettrone ed un neutrone ed il secondo da un elettrone e due neutroni. All’interno della fusione nucleare il Deuterio ed il Trizio si fondono dando vita ad un atomo di Elio e lasciando libero un neutrone sprigionando così enormi quantità d’energia. L’utilizzo di energia nucleare ricavata tramite fissione risale invece già agli anni ’50 del Novecento. Questa energia si ricava bombardando un atomo di Uranio con neutroni fino ad ottenerne una fissione, cioè una spaccatura, dell’atomo di Uranio in due parti provocando, anche in questo caso, enormi quantità d’energia. La fissione nucleare oltre a generare energia, produce però anche molti rifiuti radioattivi. Questi rifiuti vengono allora presi e conservati all’interno di depositi dove rimarranno per migliaia di anni fino al loro decadimento radioattivo.

L’energia ricavata tramite fusione nucleare è invece molto più green poiché non produce scorie radioattive

Le uniche tracce di radioattività le si trovano lungo le strutture del reattore che colpiscono. Questa radioattività ha però ha un periodo di decadimento di circa una decina d’anni ed è quindi assai più controllabile. Infine la fusione nucleare ha l’enorme vantaggio di non creare alcun gas di scarico risultando quindi fondamentale nella lotta al cambiamento climatico.

I tempi tecnici per mettere in pratica questa scoperta

Il dipartimento d’Energia degli Stati Uniti ci tiene però a chiarire che ci vorranno ancora molti anni prima che questa tecnologia diventi una realtà di tutti i giorni. Nonostante la reazione nucleare abbia creato un guadagno netto d’energia è bene ricordare che, anche se l’energia prodotta dai laser per innescare la reazione equivale a 2.05 Megajoule, ne sono stati necessari circa 300 per alimentare questi laser. Ci si trova quindi solo all’inizio di un lungo percorso che ci condurrà tra qualche decina d’anni ad una fonte di energia potenzialmente illimitata e pulita.

Gli enormi costi di produzione e di distribuzione su larga scala rendono per ora difficile l’attuazione di questa tecnologia nel breve termine. A fare chiarezza è la stessa Kim Bundil, direttrice del Llnl, che afferma: «Servirà tempo prima di arrivare alla fornitura di energia prodotta in questa maniera per il mercato, e voglio che questo sia chiaro. Oggi però abbiamo dimostrato che può essere fatto».

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