Cos’è la fusione nucleare e perché è difficile produrla

Le reazioni nucleari che producono energia sono di due tipi: la fissione, in cui un nucleo atomico pesante si separa in due nuclei più leggeri, e la fusione, che libera energia in seguito alla combinazione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante.

La fusione nucleare è un fenomeno che assume grande importanza in natura, perché è alla base del funzionamento delle stelle come il Sole. Sulla Terra la fusione è stata finora sfruttata per realizzare le cosiddette bombe termonucleari, o all’idrogeno, mentre fin dal dopoguerra è allo studio la possibilità di realizzare reazioni di fusione nucleari “controllate” per produrre energia elettrica su scala industriale, come già avviene con i reattori a fissione.
 

Come avviene la fusione nucleare

Affinché la fusione abbia luogo, è necessario avvicinare i due nuclei a una distanza estremamente ravvicinata (dell’ordine del milionesimo di miliardesimo di metro), in modo da vincere la loro repulsione elettrostatica: per farlo, i nuclei devono essere confinati a una densità e temperatura altissime – parliamo di milioni di gradi Celsius -, per esempio per mezzo di campi magnetici: un’operazione molto complicata da un punto di vista tecnico e costosa in termini di energia. La maggior parte degli sforzi degli scienziati sono infatti concentrati nella realizzazione e messa in funzione di impianti in grado di isolare queste altissime temperature.

Affinché la reazione di fusione produca energia utile, è necessario che l’energia prodotta dalla reazione sia superiore a quella spesa dall’impianto per funzionare.

L’energia da fusione è “pulita”, cioè non genera scorie o residui radioattivi (come accade invece nei reattori a fissione). I reattori a fusione non inquinano, utilizzando come combustibile l’idrogeno, praticamente inesauribile. Per questo la fusione nucleare oggi è considerata una delle possibili alternative energetiche alle fonti fossili e all’intermittenza delle rinnovabili.

Energia

Fusione nucleare, gli Stati Uniti verso la svolta: domani l’annuncio

di Luca Fraioli

12 Dicembre 2022

I reattori a fusione nucleare

Dagli anni ’50 ad oggi sono state sviluppate diverse tecnologie di reattori e, tra le varie, le più utilizzate sono quelle a confinamento magnetico (tokamak, stellator e gli impianti a strizione a campo rovesciato) e a confinamento inerziale.
 

Uno tra i più famosi reattori tokamak è il Joint European Torus (JET), costruito negli anni ’70 vicino ad Oxford, nel Regno Unito. Negli anni ’90 in Italia è stato inaugurato il Frascati Tokamak Upgrade (FTU), dalle cui ceneri nacque poi il Divertor Tokamak Test (DTT). Si trattava di un reattore creato per studiare e migliorare il divertore, un componente oggi essenziale per rimuovere dai reattori il calore generato e i prodotti di fusione.

Osservatorio clima – Visto da vicino

L’Europa e il Sacro Graal della fusione nucleare

di Umberto Minopoli

13 Luglio 2021

Il progetto ITER

Uno dei progetti sperimentali più ambiziosi è il reattore ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) realizzato a Cadarache, in Francia, frutto di una collaborazione internazionale tra Europa (Francia e Italia in prima linea), Giappone, Cina, Russia, Corea. La sua costruzione dovrebbe terminare nel 2025 con l’intento di diventare il primo impianto in grado di produrre tanta energia quanta ne verrà spesa per azionarlo.

Se questo reattore – progettato per produrre una quantità di energia 10 volte superiore rispetto a quella utilizzata per innescare la fusione nucleate – avrà successo si proseguirà con la costruzione di DEMO (DEMOnstration Power Plant), un reattore simile a ITER progettato per produrre energia da distribuire nella rete elettrica.