Energia da fusione

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L'energia da fusione è l'estrazione di energia, in forma utilizzabile (usualmente sotto forma di energia elettrica) da una reazione di fusione nucleare.
Tecnicamente, molte fonti di energia derivano, almeno indirettamente, dalla fusione nucleare. Infatti il Sole, come tutte le stelle, è un grande reattore nucleare naturale e l'energia solare è alla base di molti fenomeni energetici che avvengono sulla Terra, come ad esempio l'evaporazione delle acque marine e quindi la formazione delle nubi. Ma il termine è di norma utilizzato per indicare una reazione di fusione nucleare ottenuta artificialmente, in maniera controllata.
Sono in corso molti esperimenti sulla fusione nucleare, ma non è ancora stato realizzato nessun sistema in grado di generare e sfruttare l'energia di fusione in modo vantaggioso e sicuro.

Concetti di base[modifica | modifica sorgente]

Le reazioni di fusione nucleare coinvolgono due nuclei atomici forzati a combinarsi per formarne uno solo.
Questo richiede una grande quantità di energia, quella per superare la repulsione tra i nuclei stessi, repulsione dovuta all'interazione elettromagnetica; quando l'operazione riesce si ottiene un nucleo avente una massa leggermente inferiore alla somma della masse dei due nuclei iniziali.
Questa "mancanza" di massa è stata trasformata in energia, seguendo l'equivalenza tra massa ed energia definita da Einstein con la famosa formula E=mc² (dove E è l'energia, m la massa e c la velocità della luce nel vuoto).
I nuclei più leggeri sono più facili da fondere insieme rispetto a quelli più pesanti, cosicché l'idrogeno, il più diffuso elemento dell'universo, è il miglior combustibile nucleare.
Una miscela di due isotopi dell'idrogeno, deuterio e trizio, richiede per fondersi poca energia, se comparata con l'energia risultante dalla fusione.
La miscela deuterio-trizio è al centro di svariate ricerche sulla fusione, ma non è l'unico combustibile nucleare possibile.
Altre miscele di elementi sono realizzabili e, cosa non trascurabile, alcune di esse non emettono neutroni durante la fusione.
L'emissione di neutroni durante una reazione di fusione ha come conseguenza di rendere via via radioattive tutte le componenti del reattore stesso (cosa che si verifica con i reattori a fissione dove il problema finale non è solo lo stoccaggio delle scorie ma quello dello stesso reattore quando questi viene dismesso).
Questi combustibili alternativi sono chiamati combustibili aneutronici.
In ogni caso attualmente si guarda, come primo passo, alla realizzazione di un reattore a fusione alimentato a deuterio-trizio.

Utilizzo commerciale dei reattori a fusione[modifica | modifica sorgente]

La fusione nucleare è vista da molti come la soluzione a lungo termine dei problemi energetici della Terra.
Alcuni dei vantaggi derivanti dall'uso di questa tecnologia sono:

  • Il combustibile (idrogeno) è praticamente inesauribile ed a disposizione di tutte le nazioni che abbiano uno sbocco sul mare. Il deuterio può essere estratto dall'acqua, anche se con costi energetici non indifferenti; per fare un esempio, un ditale pieno di deuterio equivale a 20 tonnellate di carbone in termini di energia. Un lago di medie dimensioni contiene deuterio sufficiente a rifornire una nazione di energia per secoli utilizzando la fusione nucleare (ovviamente supponendo di sfruttarlo tutto). Gli attuali reattori sperimentali e gli ipotetici reattori di potenza di prima generazione utilizzano come combustibile una miscela di deuterio-trizio (D-T), la cui produzione richiede l'impiego di un metallo largamente disponibile[senza fonte], il litio. I reattori di seconda generazione funzioneranno con solo deuterio (D-D).
  • Nessuna possibilità di incidenti come quelli di Černobyl' o di Three Mile Island in quanto il reattore non contiene sostanze radioattive come l'uranio o le scorie di fissione. Però non è possibile escludere altri incidenti, come fughe di trizio o perdite di liquido refrigerante.
  • Nessun prodotto chimico da combustione (anidride carbonica ad esempio) come residuo immesso nell'atmosfera e quasi nessun contributo al riscaldamento del pianeta.
  • Impossibilità di utilizzo dei reattori per la produzione di materiale per scopi bellici o terroristici
  • Basso livello di radioattività residua e produzione di sostanze con breve vita media (tempo in cui la radioattività si riduce rapidamente). Durante la fusione D-T parte dei neutroni emessi rende via via radioattivo il contenitore del reattore (fattore critico nel momento della dismissione del reattore stesso), ma questa radioattività può essere grandemente ridotta usando materiali a bassa attivazione, ossia poco sensibili a diventare radioattivi. Questi materiali possono avere vita media (ossia tempo di riduzione della loro pericolosità) di poche decine di anni, mentre è di migliaia di anni quella delle scorie radioattive dei reattori a fissione. La soluzione di questo problema, ossia la produzione di materiali poco attivabili , comprende l'ideazione di sostanze con composizione chimica inusuale, che dovranno essere sottoposte a lunghe sperimentazioni dovendo tenere conto che la composizione chimica ha riflessi sulle proprietà meccaniche, e quindi sulla resistenza, dei materiali.

Uno dei dubbi non ancora risolti è se la produzione di energia attraverso la fusione nucleare sia economicamente competitiva rispetto ad altri sistemi. Questo perché a fronte di un combustibile (l'idrogeno) estremamente diffuso e disponibile, gli investimenti per costruire un ipotetico reattore a fusione e gli impianti di produzione del combustibile (sia D-T che D-D) sono stimati essere molto elevati. È anche vero che nel caso dei combustibili fossili ai puri costi economici vanno sommati “costi” di altro genere, come le tensioni internazionali e le guerre derivanti dal controllo delle fonti di combustibile.

Progetti[modifica | modifica sorgente]

Sfortunatamente, malgrado l'ottimismo generatosi negli anni cinquanta con la previsione di vedere realizzati nell'arco di pochi anni i primi reattori, esistono tuttora notevoli barriere tra le conoscenze scientifiche e le capacità tecnologiche, barriere che mettono in dubbio la possibilità pratica di sfruttare questa forma di energia, ma malgrado le notevoli difficoltà le ricerche continuano. Un grosso problema non risolto è quello di trovare un materiale in grado di resistere all'intenso flusso di neutroni che si genera nella reazione di fusione, flusso stimato essere 100 volte maggiore di quello prodotto dai reattori a fissione tipo PWR. Lo studio di tali materiali è attualmente (2005) ancora nelle sue fasi iniziali.

Questa situazione ha fatto sì che intorno agli anni novanta si sia dato molto risalto ad alcune notizie riguardanti la possibilità di ottenere la fusione nucleare a basse temperature, la cosiddetta fusione fredda. Ulteriori ricerche condotte da numerose università, anche italiane, non hanno però portato né a risultati definitivi, né a previsioni consistenti di utilizzi concreti.

L'Unione europea si è aggiudicata la realizzazione del progetto ITER per sviluppare il primo reattore a fusione funzionante. La Francia ha battuto il Giappone nella corsa per aggiudicarsi il sito di realizzazione, sostenuta dalla Russia, dalla Cina e dalla stessa UE. La sede prescelta sarà Cadarache, nel sud del Paese.

Anche l'Italia sta studiando la possibilità di realizzare un reattore sperimentale a fusione nucleare con confinamento magnetico. Il progetto in questione si chiama IGNITOR ed è stato realizzato dall'ENEA; la sua costruzione non è ancora cominciata.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]