La ricerca e il progresso tecnologico nell'ambito del nucleare si sono concentrati molto sulla fusione nucleare: una delle frontiere più promettenti per l'energia pulita e sostenibile.
Con tecnologie avanzate come il confinamento magnetico e investimenti globali significativi, la fusione nucleare potrebbe presto diventare una realtà (anche commerciale), contribuendo in modo decisivo alla lotta contro il cambiamento climatico e alla transizione energetica.
Che cos'è la fusione nucleare?
In fisica, il termine "fusione" indica il passaggio dallo stato solido allo stato liquido. Tuttavia, quando è accompagnato dall'aggettivo "nucleare", definisce un processo completamente diverso.
La fusione nucleare è, infatti, un processo che replica l’energia prodotta dalle stelle, incluso il Sole. È, in altre parole, un fenomeno naturale comune, sebbene avvenga a grandi distanze da noi. Durante la fusione, i nuclei di idrogeno si combinano per formare atomi di elio, e successivamente atomi più pesanti, man mano che la riserva di idrogeno si esaurisce nel corso della vita della stella. In questo processo, due nuclei leggeri si combinano per formare un nucleo più pesante, rilasciando una quantità enorme di
energia nucleare.
Per comprendere meglio l'importanza della fusione è utile confrontarla con la fissione, un'altra tecnologia nucleare, ma con caratteristiche e implicazioni molto diverse.
Fusione Nucleare vs. Fissione Nucleare
Anche se dal nome potrebbero sembrare molto simili, in realtà, si tratta di due processi decisamente diversi, come illustrato nella seguente tabella.
| Fusione Nucleare | Fissione Nucleare |
|---|
| Processo | Due nuclei leggeri, come il deuterio e il trizio (isotopi dell'idrogeno), si combinano per formare un nucleo più pesante, rilasciando una quantità enorme di energia.
| Il nucleo di un atomo pesante, come l'uranio o il plutonio, viene bombardato con un neutrone. Questo provoca la divisione del nucleo in due nuclei più leggeri, liberando una grande quantità di energia e più neutroni.
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| Materiali Utilizzati | Il deuterio può essere ricavato dall'acqua di mare, mentre il trizio può essere prodotto all'interno del reattore nella centrale nucleare da una reazione con il litio.
| L'uranio-235 è il combustibile più comune utilizzato nei reattori a fissione. Esso viene estratto e arricchito per aumentare la concentrazione dell'isotopo fissile.
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| Scorie | La fusione produce scorie radioattive minime rispetto alla fissione e non emette gas a effetto serra.
| La fissione produce scorie radioattive che rimangono pericolose per migliaia di anni e necessitano di un'adeguata gestione e stoccaggio.
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Mentre la
fissione nucleare si può
indurre e gestire interamente
in sicurezza all'interno del nocciolo del reattore,
riprodurre la fusionein una centrale nucleare è un procedimento estremamente
complesso. Questo è dovuto, soprattutto, dalle condizioni necessarie per poter fondere i due atomi leggeri insieme.
Più nello specifico, i due nuclei possono fondersi solo se la velocità con cui si urtano è molto alta; per rendere questo possibile, la loro energia cinetica (la loro temperatura) deve essere altrettanto elevata, raggiungendo una temperatura fino ai 100 milioni di gradi. Ed è proprio questo il problema: riscaldare il plasma dei nuclei per consentire a questi di urtarsi tra loro e mantenere questa temperatura per tempi prolungati, in uno spazio limitato che contenga il plasma.
La fusione a confinamento magnetico
La
tecnica più promettente per realizzare la fusione nucleare sulla Terra è quella del confinamento magnetico. Questo metodo utilizza potenti campi magnetici per confinare il plasma, una miscela di nuclei e elettroni liberi, a temperature altissime.
- Tokamak e Stellarator: questi dispositivi creano campi magnetici complessi per mantenere il plasma stabile;
- Campi magnetici da 20 Tesla: rappresentano un avanzamento significativo nella tecnologia del confinamento magnetico, poiché consentono di raggiungere le elevate densità di energia necessarie per mantenere il plasma stabile e caldo per un tempo prolungato, favorendo così le reazioni di fusione.
Sfide e prospettive della fusione a confinamento magnetico
Nonostante i progressi, questa tecnica deve essere ancora affinata, mediante il superamento di alcuni ostacoli di natura fisica e chimica:
- Resistenza dei materiali: i materiali dei reattori devono resistere a sollecitazioni estreme e a temperature elevate. Il contatto prolungato con il plasma caldo può deteriorarli, compromettendo l'integrità del reattore e riducendo la sua efficienza;
- Stabilità del plasma: mantenere il plasma stabile per tempi prolungati è complesso e richiede tecnologie avanzate. Tali instabilità possono causare la perdita di confinamento, interrompendo il processo di fusione.
Quando potremo usufruire della fusione nucleare?
Non è possibile stabilire con sicurezza
quando la
fusione nucleare potrà essere sfruttata per produrre energia. Difatti, questa reazione nucleare
necessita di complesse e innovative tecnologie, a differenza dell'
energia eolica o dell'
energia solare per cui invece si sono già sviluppate soluzioni accessibili come le
pale eoliche o i
pannelli fotovoltaici.
Sempre più scienziati e centri di ricerca continuano a lavorare per sviluppare meccanismi, impianti e contenitori che consentano di indurre la fusione degli atomi nel modo più semplice e sicuro possibile. L'obiettivo è quello di "ricreare" il Sole, dove questa reazione nucleare avviene naturalmente e senza alcun tipo di difficoltà.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della fusione nucleare?
La fusione nucleare offre
numerosi vantaggi rispetto alle attuali forme di produzione di energia:
- Sicurezza intrinseca: la reazione si spegne automaticamente se le condizioni non sono mantenute, evitando rischi di reazioni a catena incontrollate;
- Sostenibilità: le risorse necessarie per la fusione sono praticamente inesauribili.
- Impatto ambientale ridotto: non produce emissioni di CO2, contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico, producendo energia pulita.
- Energia immensa: produce un'energia immensa, milioni di volte superiore a quella del carbone per kg di combustibile;
Per quanto riguarda gli
svantaggi:
- Complessità a livello tecnologico delle eventuali centrali nucleari a fusione, siccome sono necessari sistemi e impianti la cui progettazione è estremamente complicata;
- Lunghi tempi di costruzione e investimenti ingenti, uniti anche a probabili alti costi per la manutenzione;
- Anche se la fusione nucleare non genera scarti radioattivi, la produzione di neutroni (sotto forma di energia) potrebbe indurre radioattività nei materiali delle componenti che costituiscono il nocciolo del reattore.
Il futuro dell'energia nucleare
L'energia da fusione potrebbe rivoluzionare il settore energetico, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili e aiutando a raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione.
La fusione nucleare rappresenta una promettente
alternativa per il futuro dell'energia.
Grazie a tecnologie avanzate come il confinamento magnetico, questa forma di energia potrebbe diventare una realtà commerciale nei prossimi decenni.
Quella nucleare potrebbe contribuire in modo significativo alla transizione energetica globale, fornendo una fonte sicura, pulita e sostenibile, riducendo la dipendenza dai
combustibili fossili e aiutando a mitigare il
cambiamento climatico.
