La fusione nucleare e l’energia del futuro

I grandi del mondo credono nella fusione nucleare

Da molti anni nel mondo si cerca un’alternativa alle energie fossili e ora i grandi della Terra puntano alla fusione nucleare. Sicuramente questo tema è stato rispolverato dopo che la situazione della guerra in Ucraina ha fatto riemergere in superficie il problema dell’approvvigionamento energetico. Secondo i promotori di quest’ultima, la già nota tecnica della fissione nucleare sarebbe la soluzione definitiva per il futuro.
Ma può essere davvero risolutivo un processo i cui scarti sopravvivono per anni?
Le ben note scorie radioattive, infatti, presentano tempi di decadimento che possono raggiungere anche il milione di anni in atmosfera e possono portare a tumori e malformazioni genetiche per chi ne entra in contatto.

Per questo motivo da anni si sta cercando di riprodurre nella Terra ciò che naturalmente avviene all’interno delle stelle. È utile ricordare, infatti, che la fissione e fusione sono due cose diverse e nettamente distanti anni luce tra loro.
Inoltre, da qualche anno, non sono più solo stati e organizzazioni interazionali che puntano sulla fusione nucleare come la giusta risposta al cambiamento climatico. Gradi tycoon come Jeff Bezos e Bill Gates hanno scelto di finanziare il nuovo corso del nucleare contribuendo a dare luce a questo progetto.
Anche Eni ha deciso di partecipare alla ricerca sulla fusione e ha stanziato solamente nel 2018 ben 50 milioni di dollari e ha investito altri 1,8 miliardi di dollari nel 2021.

La fusione nucleare: un processo ben conosciuto

Sebbene si parli solo ora in modo ingente di questo processo, i primi studi sulla fusione nucleare risalgono ai tempi dell’URSS e a differenza della fissione in cui gli atomi di uranio vengono divisi, si cerca di fondere due isotopi dell’idrogeno.
Questa reazione di «unione di atomi» avviene naturalmente nel nostro Sole, dove i nuclei d’idrogeno si fondono anche grazie alla temperatura contenuta nella nostra stella. In esso, infatti, si ha un ambiente dove il calore raggiunge il valore di 14 milioni di gradi, e in questo habitat gli atomi d’idrogeno si fondono trasformandosi in elio e rilasciando grandi quantità di energia.

L’obiettivo della ricerca attuale è riprodurre questo processo, e ciò avviene tramite la fusione di deuterio e trizio al fine di ottenere un gas ionizzato chiamato plasma. Questo gas, che a oggi è catalogato come quarto stato della materia, è confinato in uno spazio che deve raggiungere i 100 milioni di gradi.
Naturalmente questo confinamento, che è necessario sulla Terra, è ottenuto tramite alcuni campi magnetici che non necessari nelle stelle dove la forza di gravità compie tutto il lavoro richiesto.

La via del nucleare parte dalla Francia

Il progetto della fusione è nato nel 1985 ed è denominato Iter, e vede Cina, Giappone, India, Corea del Sud, Russia, Stati Uniti, Regno Unito e Unione Europea in collaborazione tra loro per un «futuro verde».
La cooperazione ha da allora l’obiettivo di costruire a Cadarache, in Francia un impianto di dimensioni reali che attesti la fattibilità della fusione. Anche in questo caso, l’investimento è stato ingente e dunque pari a 20 miliardi di dollari circa e prevede la produzione del primo plasma entro il 2025.
Ovviamente, anche se le sfide sono tante, si auspica che Iter entri in piena produzione operativa entro il 2035. Oltre all’impianto francese, si pianifica di costruire anche Demo entro il 2040, un progetto che mira a validare le effettive capacità di un tale impianto per produrre energia elettrica.

Un proiettile per avere la fusione nucleare

Anche se i dubbi sono tanti quanti i detrattori, la capacità di realizzare la fusione nucleare sembra a oggi più vicina grazie a un reattore inglese. Di recente, infatti, il reattore denominato JET (Joint European Torus) situato a Cullham, vicino a Oxford, è riuscito a produrre un energia di 59 Mega joule a intervalli di cinque secondi.
Sempre in Inghilterra è stato definito un «nuovo piano» per raggiungere la fusione, il First Light Fusion, tramite il quale i neutroni sono stati prodotti usando una modalità detta a «proiettile». In questo caso sono stati spesi per il progetto la bellezza di 45 milioni di sterline per cambiare vision al concetto del processo della fusione.
La peculiarità di questo processo è che, al posto di usare i campi magnetici per contenere il plasma, ci si affida alla velocità di un proiettile che viene sparato verso un bersaglio tramite l’utilizzo di un cannone a rotaia. Tale bersaglio crea delle onde d’urto che portano alla nascita di pressioni che risultano essere fino a un miliardo di volte superiori a quella atmosferica.

In questo caso, invece è stato usato un cannone a gas a due stadi e il proiettile è stato dunque lanciato a una velocità di 6,5 ​​km/s, così da causare una pressione d’impatto pari a 100 gigapascal.
Queste pressioni elevate, anche se momentanee, sono sufficienti per far auto implodere dei pellet di deuterio sino a creare le famose reazioni di fusione necessarie per il compimento del processo.
I bersagli utilizzati producono infatti onde d’urto e bolle di cavitazione che colpiscono il pellet di carburante raggiungendo una pressione di circa 1 terapascal. Successivamente, il deuterio implode portando la pressione a un valore di 100 terapascal e il carburante accelera dunque fino a 70 km/s.
Questo fa sì che grandi quantità di energia termica vengano rilasciate e assorbite da cortine di litio metallico liquido dello spessore di un metro. Ovviamente questa energia viene trasferita all’acqua tramite l’utilizzo di uno scambiatore di calore al fine di produrre elettricità.

Si tratta di un importante passo avanti, che potrebbe costituire la chiave per cambiare il corso della storia, come sostengono i portavoce dello stesso progetto First Light Fusion:

«La fusione a proiettile è un nuovo approccio alla fusione inerziale che è più semplice, efficiente dal punto di vista energetico e presenta un rischio fisico inferiore».