Nel 2018, probabilmente, si parlerà molto di energia nucleare; non solo di bombe e fissione, ma anche di fusione nucleare, il processo chimico che avviene nei nuclei delle stelle, e che promette di diventare una valida fonte energetica per il prossimo secolo.

In Italia, infatti, è sempre più vicina la costruzione del Divertor Tokamak Test (DTT), un centro ricerche dedicato allo studio della fusione nucleare. Il progetto DTT, che ha già ottenuto un finanziamento di sessanta milioni di euro dal Consorzio Europeo Eurofusion, prevede la realizzazione di uno dei più grandi laboratori d’Europa, gestito da oltre duemila addetti; il centro sperimenterà l’applicazione della fusione per produrre energia elettrica, cosa che attualmente non è possibile su scala industriale a causa della difficoltà di contenimento energetico.

Cos’è la fusione nucleare? Il termine “fusione” si riferisce all’unione di due nuclei atomici, per crearne un terzo più pesante; una coppia di idrogeni, per esempio, può fondersi per creare un atomo di elio, con liberazione di energia. Teoricamente è possibile fondere tutti gli elementi della tavola periodica, ma la reazione dell’idrogeno riveste un particolare interesse per la ricerca, dal momento che richiede l’energia di attivazione più bassa. Nello specifico si usano due isotopi dell’idrogeno, il deuterio ed il trizio, che differiscono tra loro per il diverso numero di neutroni presenti nel nucleo: l’idrogeno semplice non ne ha nessuno, il deuterio ne possiede uno, il trizio due. La presenza di neutroni rende più instabili i due atomi, che tendono quindi a reagire più facilmente.

Per innescare la fusione nucleare occorrono temperature elevatissime, che permettano di far avvicinare tra loro i nuclei atomici; si parla, nel caso dell’idrogeno, di circa cento milioni di gradi. Nelle stelle, la pressione esercitata dai gas di cui sono composte favorisce spontaneamente la reazione, generando secondariamente luce e calore. La reazione resta confinata in un’area definita, in quanto la gravità stellare non permette agli atomi di disperdersi nello spazio.

Riprodurre un meccanismo simile sulla Terra è molto difficile; attualmente si stima che il processo possa essere controllato per un tempo limite di qualche minuto. Il gas di reazione, composto da deuterio e trizio, viene ionizzato con scariche elettriche, perché diventi plasma. Il plasma può essere considerato uno stadio a parte della materia, diverso da solido, liquido o aeriforme, dotato di specifiche proprietà chimico-fisiche.

Successivamente, il plasma viene scaldato tramite onde elettromagnetiche. La difficoltà maggiore in questa fase è il contenimento: le temperature raggiunte fonderebbero qualunque materiale sulla Terra, perciò il gas non può essere racchiuso in nessun contenitore solido. Si sfrutta, invece, una particolare proprietà del plasma, ovvero la conducibilità elettrica; essendo un buon conduttore, il plasma reagisce ai campi elettromagnetici, e può quindi essere contenuto da un sistema di magneti.

Grazie all’elevata temperatura, l’energia cinetica degli atomi di deuterio e trizio aumenta e permette ai nuclei di scontrarsi, con formazione di elio inerte.

La reazione, tuttavia, provoca anche il rilascio di neutroni ad alta energia; questi non hanno carica elettrica, quindi non reagiscono ai magneti. Per bloccarli si usa una speciale parete nota con il nome di blanket, che ha anche la funzione di assorbire il calore di reazione e convogliarlo nella parte più esterna del reattore. Di solito il calore scalda un fluido che fa girare una turbina, con produzione di energia elettrica.

Attualmente non esistono reattori a fusione nucleare destinati a scopi civili; oltre alle difficoltà di contenimento, infatti, è ancora difficile impostare la reazione in modo che l’energia prodotta sia superiore a quella spesa per attivare il processo. I progetti, però, avanzano, e l’Unione Europea si sta già imponendo come leader nel settore. Nel centro di ricerca Cadarache, nel sud della Francia, è in corso la costruzione di ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor): si tratta di un reattore basato su un insieme di magneti, blanket e sistemi di raffreddamento, racchiusi in un cilindro denominato “tokamak”. Il tokamak, ad oggi, rappresenta il più avanzato ed efficiente sistema di contenimento del plasma, e sarà usato anche per il progetto DTT.

ITER, comunque, non sarà completato fino al 2035, e il laboratorio italiano è ancora solo un progetto cartaceo. Al momento è in corso una valutazione per stabilire quale regione d’Italia ospiterà la struttura; tra i maggiori candidati ci sono Piemonte ed Emilia Romagna, ma diverse altre regioni hanno espresso un moderato interesse.

L’impianto, che sarà gestito dal centro ricerche ENEA di Frascati, non produrrà elettricità per la popolazione, ma servirà a sperimentare il modo più efficiente per fondere i nuclei in sicurezza.

La fusione nucleare rappresenterebbe una fonte di energia enormemente più pulita e sicura rispetto all’attuale fissione nucleare. L’unico materiale di scarto prodotto, infatti, è l’elio, un gas inerte e assolutamente non dannoso per l’ambiente o l’uomo. Il trizio, di contro, potrebbe costituire un pericolo se ingerito o inalato, ma i rischi che ciò accada sono molto bassi. Anche in caso di guasto della centrale, il tempo di decadimento della particella è di circa dodici anni, decisamente breve rispetto a quello dell’uranio usato nelle odierne centrali nucleari.

La possibilità di dispersione di materiali pericolosi, comunque, è remota, perché la fusione non è un processo a catena, e come tale è più facile da tenere sotto controllo. Il plasma, se non viene contenuto dal tokamak, si raffredda rapidamente bloccando la reazione. Sarà ben difficile, quindi, che si possano verificare incidenti esplosivi con contaminazioni ambientali.

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