La fusione nucleare potrebbe diventare la soluzione a tutti i problemi energetici mondiali e risolvere contemporaneamente i problemi ambientali di riscaldamento globale dovuti al rilascio di anidride carbonica nell’atmosfera. 

Vale sicuramente la pena capire meglio cosa ci sta dietro a questa affermazione.

Per capire come sia possibile realizzare una centrale per la produzione di energia basata sulla fusione nucleare dobbiamo partire dal concetto che la fusione è un processo molto diverso dalla fissione nucleare, attualmente utilizzata nelle centrali atomiche.

Infatti la fusione nucleare è il processo che ha luogo naturalmente all’interno delle stelle e quindi anche nel sole che è “la nostra stella” e consiste nell’unione di due nuclei atomici leggeri che si fondono per realizzare un nucleo atomico più pesante.

 La fusione nucleare avviene perché i nuclei di idrogeno, grazie alle elevatissime temperature e pressioni presenti all’interno delle stelle, acquistano energie talmente grandi da riuscire a vincere le forze repulsive unendosi per formare nuclei più pesanti di elio. Il tutto avviene nel momento in cui due nuclei di idrogeno si avvicinano  talmente tanto tra loro da reagire tramite la “forza d’interazione nucleare forte”  fino a  fondersi in un solo nucleo, più pesante ma di massa inferiore ai due nuclei iniziali.

Questa differenza di massa  si trasforma in energia secondo la nota formula di Albert Einstein E=mc2, dove E rappresenta l’energia liberata, m è la massa perduta nella reazione, e c è la velocità della luce.  Da questa semplice descrizione si capisce quindi il motivo per cui realizzare una centrale a fusione nucleare sia tanto difficile: sono necessarie temperature e pressioni tali da poter creare una piccola stella, controllandone poi il processo ed estraendo l’energia liberata che verrebbe quindi trasformata in energia elettrica utile all’uomo.

I vantaggi di una centrale di questo tipo sarebbero enormi: il bassissimo impatto globale sull’ambiente,  nessuna emissione di gas serra CO2 ed una fonte di energia abbondante su larga scala  e disponibile in tutto il mondo. Infatti il materiale per la fusione è ricavabile dall’acqua marina (deuterio, un isotopo dell’idrogeno) e dal Litio (da cui è possibile ricavare il trizio, un altro isotopo dell’idrogeno), materiale molto comune sulla crosta terrestre. Il nostro sole consuma circa 4 milioni di tonnellate di materiale nucleare ogni secondo, mentre per produrre l’energia elettrica sufficiente per alimentare una città di 1 milione di abitanti per un intero anno sarebbero sufficienti solo 150 kg di deuterio e meno di 3 tonnellate di Litio.

Le Centrali elettriche sarebbero inoltre intrinsecamente sicure perché in caso di anomalie il processo di fusione si estinguerebbe automaticamente e non vi sarebbero rifiuti radioattivi tali da creare un onere per le generazioni future.  

Sono in corso dei progetti per la realizzazione della prima centrale elettrica a fusione, il più grandioso dei quali probabilmente è il progetto ITER, che in latino significa ” la via”, anche se, come possiamo immaginare, è cosa piuttosto ardua innescare artificialmente un processo di fusione atomica in grado di fornire una quantità di energia superiore a quella che viene spesa per produrla.

ITER è un importante esperimento internazionale che mira a dimostrare la fattibilità scientifica e tecnica della fusione come fonte di energia.

Il progetto ITER dovrebbe essere in grado di produrre 500 MW di potenza di fusione e diventare operativo tra circa 20 anni: esso coinvolge moltissimi stati, come il Giappone, la Russia e gli Stati Uniti oltre naturalmente all’Europa, rappresentata tramite una organizzazione denominata “Fusion for Energy” (in breve F4E).

tokamakNEL DETTAGLIO DELLA FUSIONE NUCLEARE

Per innescare la fusione, un gas caldo (denominato plasma) e contenente atomi leggeri derivati dall’idrogeno viene portato alle stesse pressioni e temperature esistenti al centro del sole (circa 150 milioni ºC). Per raggiungere tali temperature le particelle di combustibile  sono mantenute lontane dalle pareti del contenitore creando un gabbia magnetica che impedisce alle particelle di fuggire. Questo contenitore magnetico viene realizzato dalla Russia e prende il nome di tokamak.

ITER è in costruzione a Cadarache, nel sud della Francia, e verrà realizzato proprio con un tokamak che userà magneti superconduttori per creare plasmi ad alte temperature tali da ottenere la fusione. Poiché la temperatura all’interno del plasma sarà, come detto, di circa 150 milioni ºC mentre i magneti superconduttivi, posti a pochi metri di distanza dovranno essere raffreddati a circa – 270 ºC, in ITER si verrà a creare la differenza di temperatura più elevata di tutto l’universo conosciuto! 

In questo contesto si inserisce MITICA, un esperimento che verrà realizzato presso l’Area di Ricerca del CNR di Padova (RFX) e che ha lo scopo di testare il sistema che servirà a riscaldare il plasma dentro al tokamak.

L’esperimento prevede la realizzazione di un sistema denominato NBI (Neutral Beam Injector) per la produzione di un fascio di ioni di deuterio neutri e ad alta energia,  che verrà iniettato nel plasma in modo da trasferire, come risultato delle collisioni, l’energia al plasma stesso. La griglia di accelerazione del fascio avrà una tensione di 1 milione di Volt!

Dovremmo guardare a questo progetto innovativo con un certo scetticismo, se ci riferiamo a quanto avvenuto in passato, ma se andrà in porto sarà in grado di fornire energia pulita e sicura senza scorie radioattive e ci permetterà di risolvere i grandi problemi che affliggono il nostro pianeta.