Parliamo di fusione nucleare
Avvocato Atomico
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La domanda “quando arriveremo ad utilizzare l’energia da fusione?” è una di quelle che mi vengono rivolte più spesso, anche da molte persone contrarie alla fissione, che sarebbero invece favorevoli alla fusione.
Prima di tutto: che cos’è la fusione nucleare?
È una reazione in cui due nuclei leggeri si uniscono a formarne uno più pesante, ed è quindi in un certo senso l’opposto della fissione (in cui un nucleo più pesante si spezza in due più leggeri). Se il nucleo che si forma dopo la fusione è più stabile rispetto a quelli che si avevano prima, la reazione di fusione è esotermica, cioè produce energia.
Il nucleo che presenta la massima stabilità è quello del ferro (Fe56), il che significa che le fusioni nucleari che producono elementi più leggeri del ferro sono sempre esotermiche, così come le fissioni nucleari che producono elementi più pesanti del ferro.
Perché la fusione è difficile da realizzare in maniera controllata?
Perché i nuclei atomici sono carichi positivamente (essendo costituiti da protoni e neutroni) e cariche di segno uguale si respingono tra di loro. Per avere una fusione occorre che i nuclei siano spinti ad una distanza critica, oltre la quale l’attrazione data dalla forza nucleare forte supera la repulsione elettromagnetica, ma questa distanza è molto piccola (dell’ordine dei 10^-15 metri) e quindi per avvicinare così tanto i due nuclei vincendo la repulsione occorre che abbiano un’energia cinetica elevatissima.
L'energia cinetica degli atomi è legata alla temperatura del sistema a livello macroscopico, quindi occorre che il nocciolo di fusione sia caldo.
MOLTO caldo.
Per ottenere la fusione nucleare più “semplice” possibile, quella tra deuterio e trizio, occorre portare il sistema ad una temperatura di centinaia di milioni di Kelvin in maniera stabile, che non è esattamente una passeggiatina.
Siamo vicini a realizzare la fusione nucleare? Sì e no.
Il primo reattore sperimentale a fusione che si prevede possa produrre effettivamente energia è in costruzione in Francia, si chiama ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) e si prevede di iniziare a produrre il plasma a 150 milioni di gradi nel 2025 e di ottenere la fusione per il 2035.
In Cina esistono già reattori a fusione funzionanti, ma nessuno di essi produce energia (hanno tutti un bilancio energetico netto negativo). Se l’esperimento ITER andrà bene esiste già una tabella di marcia per la costruzione del primo reattore a fusione da connettere ad una rete elettrica (si chiama DEMO), ma per la produzione di energia si va già oltre il 2050.
Un reattore a fusione ha, giocoforza, dei costi enormi e dei tempi di costruzione lunghissimi: si tratta di costruire una struttura in grado di confinare del plasma a 150 milioni di gradi entro un campo magnetico generato da superconduttori mantenuti a 7 K (7 gradi sopra lo zero assoluto), il tutto assorbendo l’enorme quantitativo di radiazioni gamma che si generano nel processo. Per questo, anche con tutto l’ottimismo possibile, è assolutamente da escludere che si possa ottenere energia da fusione su scala industriale prima del 2080.
Ok, ma sarebbe energia pulita e priva di controindicazioni?
Di nuovo: sì e no.
È pur vero che non c’è il problema delle scorie radioattive, e questo è ciò che rende la fusione attraente per i critici della fissione.
Non è vero invece che si tratti di un processo che non produce radiazioni: ne produce invece un notevole quantitativo, soprattutto neutroni e raggi gamma (ovvero le più difficili da schermare).
I neutroni in particolare hanno la brutta abitudine di modificare la struttura nucleare di tutto ciò che toccano, rendendo radioattivi anche materiali solitamente inerti (si parla proprio di "attivazione neutronica").
Non si tratta evidentemente di problemi insormontabili, soprattutto andando ad analizzare quelli che sarebbero i vantaggi della fusione nucleare, ma indubbiamente la posizione di chi è contrario alla fissione, ma favorevole alla fusione, risulta un po’ contraddittoria.
Quali sarebbero i vantaggi della fusione nucleare?
Innanzitutto il combustibile sarebbe abbastanza economico (anche se chi sostiene che si potrebbe ricavare dall’acqua mente sapendo di mentire): il deuterio si può ricavare dall’acqua pesante per elettrolisi, e il trizio è un prodotto di scarto dei reattori a fissione moderati ad acqua pesante (come i CANDU, che infatti forniranno quello per il progetto ITER), o in alternativa lo si può ottenere bombardando atomi di Litio con dei neutroni.
Ma soprattutto, la fusione nucleare produce un’energia spaventevole: a parità di massa del combustibile, la fusione genererebbe 10 volte più energia della fissione, che già è un processo con una densità energetica milioni di volte superiore a quella della combustione degli idrocarburi.
La fusione nucleare potrebbe risolvere tutti i problemi energetici dell’umanità? No.
Per la difficoltà è per i costi di costruzione, la fusione richiede una produzione centralizzata: questo la rende ideale ad alimentare luoghi densamente popolati e con molte grandi industrie in aree metropolitane enormi. Una popolazione dispersa su un territorio molto ampio (pensiamo al Canada, all’Australia, alla Russia) richiede una produzione energetica de-centralizzata, dal momento che il trasporto di energia causa una perdita della stessa. Per questo, anche se la fusione fosse a portata di mano (e ripetiamo che per il momento non lo è) sarebbe comunque importante continuare la ricerca sulle energie rinnovabili e sui reattori a fissione modulari.
-Luca