L’accensione per fusione nucleare è stata ottenuta per la prima volta questo mese presso il National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory, ma come mai questo evento è così importante? Questa prima storica accensione dimostra che possiamo creare una fusione controllata in laboratorio che rilasci più energia di quella che immettiamo, e mentre la strada per una centrale elettrica a fusione nucleare di tipo commerciale è lunga, questa è una pietra miliare enorme, e come alcune persone l’hanno descritto, ora abbiamo capito la fisica, è solo un problema di ingegneria.
Che abbiamo la fisica ridotta è per lo più corretto, ma c’è ancora spazio per il perfezionamento e la parte ingegneristica è certamente l’ostacolo cruciale. L’evento ha raggiunto Q = 1,54, ma cosa vuol dire? Per ottenere l’esatta quantità di energia che hai immesso dovresti avere Q = 1, mentre invece in questo caso hanno ottenuto il 54 percento in più; diversi utenti online hanno tuttavia affermato che un obiettivo realistico per un reattore a fusione nucleare di tipo commerciale sarebbe qualcosa di più vicino a Q = 10.
Come funziona la fusione nelle stelle?
La fusione nucleare è ciò che alimenta il Sole e tutte le stelle dell’Universo. Sotto l’enorme pressione e calore all’interno delle stelle, i nuclei più leggeri vengono spinti insieme, vincendo la loro repulsione elettromagnetica, e fusi in un nucleo più pesante, questo processo rilascia molta energia semplicemente perché il rapporto energia-massa degli elementi originali è maggiore dei prodotti, mentre invece la differenza è l’energia che viene rilasciata.
Quindi, ad esempio, il Sole converte circa 600 milioni di tonnellate di idrogeno in 596 milioni di tonnellate di elio ogni secondo, dove l’idrogeno è l’elemento più facile da fondere, avendo un solo protone nel suo nucleo, e man mano che gli elementi diventano più pesanti con sempre più di queste particelle caricate positivamente, ottieni sempre meno energia. Non puoi fondere qualcosa di più pesante del ferro e aspettarti di ottenere energia.
La fusione in laboratorio funziona secondo gli stessi principi ma con alcune importanti differenze: prima di tutto, non stiamo costruendo un intero Sole. La quantità di idrogeno fuso è relativamente piccola e richiede temperature molto più elevate, dato che la pressione in questi reattori è categoricamente diversa da quella al centro delle stelle.
Come si ottiene la fusione nucleare in laboratorio?
Gli scienziati hanno escogitato diversi progetti di reattori per fare la stessa cosa: spingere insieme gli atomi di idrogeno, sebbene non sia il normale idrogeno composto da un solo protone nel suo nucleo. Spesso usano due isotopi di idrogeno che hanno neutroni extra nel nucleo, ovvero il deuterio che ha un neutrone e il trizio ne ha due, tuttavia anche il litio è un altro possibile elemento utilizzato in alcuni progetti.
Qualunque siano gli elementi, l’obiettivo della reazione di fusione è liberare energia e neutroni ad alta velocità, cone questi ultimi che sono fondamentali per l’estrazione di energia. Queste particelle colpiranno le pareti di contenimento, riscaldandole, dopodiché quel calore potrà quindi essere utilizzato per riscaldare un fluido che viene poi utilizzato per muovere le turbine.
I progetti principali (ma ce ne sono molti diversi) utilizzano il confinamento inerziale (ICF) tramite laser che ha appena mostrato il suo successo al NIF, al tokamak e allo stellarator. Il progetto NIF vede un pesante pellet di idrogeno posto in un minuscolo cilindro. Questo contenitore viene colpito con il laser più grande del mondo e vaporizzato in un istante. Quando si trasforma in plasma, spara verso l’interno, dove incontra l’idrogeno (o altro combustibile nucleare) con una forza tale che il combustibile viene compresso e fonde.
L’approccio tokamak e stellarator invece confina il plasma di idrogeno all’interno di un campo magnetico e viene riscaldato a temperature incredibili, molto più calde del centro del Sole, e finora, questi approcci non hanno raggiunto l’accensione, quindi l’energia prodotta nel plasma non è sufficiente per mantenere il plasma caldo. Un reattore tokamak su vasta scala chiamato ITER è attualmente in costruzione nel sud della Francia, il che, si spera, dovrebbe dimostrarlo.
Ma una centrale a fusione, produce energia pulita e, allo stesso tempo, sicura? Una delle principali affermazioni della fusione nucleare è che è sicura e pulita, e in gran parte, questo è vero. Una centrale nucleare a fusione pienamente operativa non rischierebbe una fusione nucleare, nel malaugurato caso in cui qualcosa dovesse andare storto, il plasma si raffredda e smette di essere plasma, inoltre non emette anidride carbonica, tuttavia produce scorie nucleari, ma semplicemente perché i neutroni emessi rendono radioattivo il materiale che li assorbe, tuttavia la quantità di questo materiale è minuscola rispetto alle scorie nucleari ad alto livello prodotte nelle centrali nucleari a fissione.
I combustibili utilizzati tendono ad essere in abbondanza in natura, ma dipende anche da come vengono estratti dall’ambiente. Ci sono anche preoccupazioni su come la tecnologia dell’energia di fusione potrebbe essere utilizzata per scopi militari poiché la fusione nucleare può produrre trizio, utilizzato nelle bombe all’idrogeno, o produrre in modo più rapido ed efficiente plutonio o uranio per armi, quindi come va la tecnologia, ha il potenziale per essere pulita e sicura, ma alla fine dipende da come la affrontiamo.
La ricerca sulla fusione nucleare ha raggiunto alcuni traguardi importanti in questi ultimi anni, e sembra che la vecchia barzelletta secondo cui la fusione nucleare è sempre lontana un paio di decenni potrebbe presto rivelarsi vera.
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