- Cos'è la fusione nucleare e perché è importante?
- In che modo la fusione è diversa dalla fissione nucleare?
- Come potrebbe l'energia della fusione nucleare alla fine accendere le luci in casa tua?
- Perché l'imminente annuncio del DOE su una reazione di fusione che si traduce in un guadagno netto di energia è importante?
- Dove avviene la fusione?
- Quali sono i prossimi passi?
Per la prima volta nella storia, al National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory in California gli scienziati impegnati nel progetto hanno prodotto con successo una reazione di fusione nucleare con conseguente guadagno netto di energia, secondo le notizie che rimbalzano sulla stampa in queste ore.
Siamo in attesa della comunicazione ufficiale del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti che dovrebbe essere annunciata ufficialmente oggi pomeriggio.
Il risultato dell’esperimento, se confermato, sarebbe un enorme passo in una ricerca decennale per liberare una fonte infinita di energia pulita che potrebbe aiutare a porre fine alla dipendenza dai combustibili fossili. I ricercatori per decenni hanno tentato di ricreare la fusione nucleare, replicando l’energia che alimenta il Sole.
Cos’è la fusione nucleare e perché è importante?
La fusione nucleare è un processo artificiale che replica la stessa energia che alimenta il Sole. La fusione nucleare si verifica quando due o più atomi vengono fusi in uno più grande, un processo che genera un’enorme quantità di energia sotto forma di calore.
Gli scienziati di tutto il mondo hanno studiato la fusione nucleare per decenni, sperando di ottenere una nuova fonte che fornisca energia illimitata e priva di emissioni di carbonio, senza le scorie nucleari create dagli attuali reattori nucleari. I progetti di fusione utilizzano principalmente gli elementi deuterio e trizio, entrambi isotopi dell’idrogeno.
Il deuterio di un bicchiere d’acqua, con l’aggiunta di un po’ di trizio, potrebbe alimentare una casa per un anno. Il trizio è più raro e più difficile da ottenere, sebbene possa essere prodotto sinteticamente.
“A differenza del carbone, hai solo bisogno di una piccola quantità di idrogeno, ed è la cosa più abbondante che si trova nell’universo“, ha detto in un’intervista alla CNN Julio Friedmann, capo scienziato di Carbon Direct ed ex capo tecnologo energetico del Lawrence Livermore. “L’idrogeno si trova nell’acqua, quindi la materia che genera questa energia è praticamente illimitata ed è pulita“.
In che modo la fusione è diversa dalla fissione nucleare?
Quando le persone pensano all’energia nucleare, possono venire in mente torri di raffreddamento e funghi atomici. Ma la fusione è un processo completamente diverso.
Mentre la fusione fonde insieme due o più atomi, la fissione è l’opposto; è il processo di scissione di un atomo più grande in due o più atomi più piccoli. La fissione nucleare è il tipo di energia che oggi alimenta i reattori nucleari in tutto il mondo. Come la fusione, anche il calore creato dalla scissione degli atomi viene utilizzato per generare energia.
Il nucleare è una fonte di energia a emissioni zero, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Ma produce rifiuti radioattivi volatili che devono essere immagazzinati in modo sicuro e comportano rischi per la sicurezza. Incidenti nucleari, sebbene rari, si sono verificati nel corso della storia con risultati di vasta portata e mortali come nei reattori di Fukushima e Chernobyl.
La fusione nucleare non comporta gli stessi rischi per la sicurezza ed i materiali utilizzati per alimentarla hanno un tempo di dimezzamento molto più breve ddi quelli utilizzati nella fissione.
Come potrebbe l’energia della fusione nucleare alla fine accendere le luci in casa tua?
Esistono due modi principali per generare la fusione nucleare, ma entrambi hanno lo stesso risultato. La fusione di due atomi crea un’enorme quantità di calore, che è la chiave per produrre energia. Quel calore può essere utilizzato per riscaldare l’acqua, creare vapore e far girare le turbine per generare energia, proprio nello stesso modo in ui la fissione nucleare genera energia.
La grande sfida di sfruttare l’energia da fusione è sostenerla abbastanza a lungo da poter alimentare reti elettriche e sistemi di riscaldamento in tutto il mondo. La svolta annunciata potrebbe essere la soluzione a molti problemi ma è ancora su scala molto più piccola di quella necessaria per generare energia sufficiente per far funzionare una centrale elettrica, per non parlare di decine di migliaia di centrali elettriche.
“Si tratta di quello che serve per far bollire 10 bollitori d’acqua“, spiega Jeremy Chittenden, condirettore del Centro per gli studi sulla fusione inerziale dell’Imperial College di Londra. “Per trasformarlo in una centrale elettrica, dobbiamo ottenere un maggiore guadagno di energia – abbiamo bisogno che sia sostanzialmente di più“.
Perché l’imminente annuncio del DOE su una reazione di fusione che si traduce in un guadagno netto di energia è importante?
Questa è la prima volta che gli scienziati sono riusciti a produrre con successo una reazione di fusione nucleare con conseguente guadagno netto di energia, invece di andare in pareggio come hanno fatto gli esperimenti passati.
Ci sono, quindi, molti altri passaggi prima che questo processo possa essere commercialmente fattibile ed è essenziale che gli scienziati dimostrino che possono creare più energia di quella con cui hanno iniziato. Altrimenti, non ha molto senso svilupparlo.
“Questo è molto importante perché dal punto di vista energetico, non può essere una fonte di energia se non stai ottenendo più energia di quella che stai immettendo“, ha detto Friedmann. “Le scoperte precedenti sono state importanti, ma non è la stessa cosa che generare energia che un giorno potrebbe essere utilizzata su scala più ampia“.
Dove avviene la fusione?
Diversi progetti di fusione sono negli Stati Uniti, nel Regno Unito e in Europa. La Francia ospita il reattore sperimentale termonucleare internazionale, al quale stanno collaborando trentacinque paesi , tra cui Cina, Stati Uniti, Unione Europea, Russia, India, Giappone e Corea del Sud.
Negli Stati Uniti, gran parte del lavoro si sta svolgendo presso il National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory in California, in un edificio grande quanto tre campi da calcio.
Nel Regno Unito e nel progetto ITER in Francia, gli scienziati stanno lavorando con enormi macchine a forma di ciambella dotate di magneti giganti chiamati tokamak per cercare di generare lo stesso risultato. Dopo che il carburante è stato immesso nel tokamak, i suoi magneti vengono accesi e le temperature all’interno vengono aumentate in modo esponenziale per creare il plasma.
Il plasma deve raggiungere almeno 150 milioni di gradi Celsius, 10 volte più caldo del nucleo del sole. I neutroni quindi sfuggono al plasma, colpendo una “coperta” che riveste le pareti del tokamak e trasferendo la loro energia cinetica sotto forma di calore.
Quali sono i prossimi passi?
Scienziati ed esperti ora devono capire come produrre molta più energia dalla fusione nucleare su scala molto più ampia. Allo stesso tempo, devono capire come ridurre eventualmente il costo della fusione nucleare in modo che possa essere utilizzata commercialmente.
“Al momento stiamo spendendo un’enorme quantità di tempo e denaro per ogni esperimento che facciamo“, ha detto Chittenden. “Dobbiamo ridurre i costi di un fattore enorme“.
Gli scienziati dovranno anche raccogliere l’energia prodotta dalla fusione e trasferirla alla rete elettrica sotto forma di elettricità. Ci vorranno anni – e forse decenni – prima che la fusione possa essere in grado di produrre quantità illimitate di energia pulita, e gli scienziati sono in corsa contro il tempo per combattere il cambiamento climatico.
“Ciò non contribuirà in modo significativo all’abbattimento del clima nei prossimi 20-30 anni“, ha affermato Friedmann. “Questa è la differenza tra accendere un fiammifero e costruire una turbina a gas“.
