Fusione nucleare ed energia grazie alle stelle: utopia o realtà?
Dove nasce l'energia nucleare? Da molti anni si parla di fusione nucleare e di energia delle stelle, ma fin troppo spesso questa forma di "energia" viene confusa con quella che deriva dalla fissione nucleare. Pur avendo nomi molto simili, si tratta di due processi molto diversi, che possono dare origine a risultati ben differenti. Ma quella che deriva dalla fusione nucleare, può davvero essere considerata un’energia pulita?
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Da diversi decenni si sente parlare di fusione nucleare e di energia del sole e delle stelle. Ma di cosa si tratta esattamente? E perché le reazioni nucleari suscitano in noi tanta diffidenza, ma anche tanta curiosità? Nel processo di produzione di energia, si può fare ricorso a varie fonti, fra le quali rientrano anche le cosiddette “reazioni nucleari” o reazioni atomiche. Queste ultime possono essere suddivise in due diverse tipologie: fissione e fusione nucleare.
Ma qual è la differenza tra fissione e fusione?
Nel primo caso, un nucleo atomico pesante si scinde in due nuclei più leggeri, e tale reazione da origine a una grande quantità di energia.
Durante il processo di fusione nucleare, al contrario, è la combinazione di due nuclei leggeri a dare origine a un nucleo più pesante e, di conseguenza, alla liberazione di enormi quantità di energia.
Attualmente, nelle centrali nucleari si sfrutta il processo di “fissione nucleare”. Ma allora, dov’è che avviene la “fusione”?
Questo processo è considerato forse uno dei più importanti per il nostro Pianeta, ma in natura non avviene propriamente sulla Terra, bensì sul Sole e sulle altre stelle. In questo articolo vedremo come viene prodotta l’energia in una stella e perché, almeno per il momento, la fusione nucleare non può essere utilizzata per produrre energia elettrica.
Fissione e fusione nucleare: le differenze
Allo stato attuale, le centrali nucleari producono energia mediante un processo di fissione nucleare, durante il quale nuclei pesanti vengono bombardati mediante neutroni, si dividono fino a formare due frammenti con carica positiva, che si respingono violentemente, allontanandosi e creando una forte energia e radioattività.
Durante la fissione, si liberano altri neutroni che, a loro volta, innescano altre fissioni, dando il via a una reazione a catena che permette di mantenere costantemente in funzione il reattore nucleare e produrre energia meccanica, che verrà successivamente convertita in energia elettrica.
Fusione nucleare delle stelle: come funziona?
Abbiamo visto che la fusione nucleare riveste un ruolo eccezionalmente importante per la stessa sopravvivenza sul nostro Pianeta, in quanto è alla base del funzionamento del sole e delle stelle, ed è responsabile dell’energia che arriva a noi sotto forma di luce e calore.
Volendo riassumere tale processo, possiamo dire che l’energia si ricava mediante due elementi leggeri, come il deuterio e il trizio (due isotopi dell’idrogeno), il cui nucleo si fonde dando origine a nuclei di elementi più pesanti, come l’elio, con la liberazione di enormi quantità di energia, “l’energia delle stelle”.
Data la sempre più impellente necessità di adottare soluzioni green e alternative per produrre energia pulita e fronteggiare i cambiamenti climatici, attualmente le più grandi menti scientifiche stanno lavorando per dar vita a dei reattori a fusione nucleare con lo scopo di ricreare il fenomeno di “fusione nucleare controllata” sulla Terra. Lo scopo di tutto ciò? Produrre un’energia elettrica pulita e praticamente perenne.
Ma si tratta effettivamente di un obiettivo raggiungibile e, soprattutto, vantaggioso a breve e a lungo termine?
Fusione nucleare ed energia delle stelle: quali sono i vantaggi?
Fino ad ora abbiamo parlato di energia green e sostenibile, ma a conti fatti, perché la fusione nucleare è considerata “pulita”?
Secondo gli esperti, l’intero processo non comporta alcuna emissione di anidride carbonica o CO2 né di scorie radioattive. In più, sarebbe in grado di soddisfare il nostro fabbisogno di energia per decenni, rivelandosi quasi “inesauribile”.
Gli elementi necessari affinché venga innescata la reazione nucleare, in special modo il deuterio (presente in grande quantità negli oceani e nei mari), sono peraltro ampiamente disponibili sulla Terra, o comunque facilmente reperibili per coprire il fabbisogno globale.
Dati gli evidenti punti a favore, molti scienziati e personaggi di spicco stanno investendo tempo, denaro e risorse nel tentativo di riprodurre sulla Terra l’energia del sole e delle stelle.
Tra i progetti sperimentali più noti spicca senz’altro il reattore ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) realizzato in Francia e nato da un team internazionale che coinvolge Europa, Russia, Corea, Giappone, India e Cina. Il reattore dovrebbe essere pronto e funzionante entro il 2025, e – almeno sulla carta – dovrebbe essere in grado di produrre una quantità di energia 10 volte superiore rispetto a quella impiegata per innescare la fusione nucleare.
Perché è difficile la fusione nucleare?
Ma se in teoria è tutto così chiaro, per quale motivo ancora non si è riusciti a sfruttare il processo di fusione nucleare? Per rispondere a questa domanda, bisogna prima capire il meccanismo di base.
Nel sole, la temperatura è di circa 14 milioni di gradi e le enormi forze gravitazionali in campo fanno sì che l’energia cinetica, che influenza gli atomi di deuterio e trizio, riesca a superare la forza repulsiva dei nuclei positivi (+), innescando la reazione di fusione nucleare. Da essa, verrà generato un atomo di elio, un neutrone e, per l’appunto, un’enorme quantità di energia.
Ma come riprodurre tutto questo in laboratorio?
Perché possano fondersi, i nuclei di deuterio e trizio dovrebbero essere molto vicini, e affinché ciò accada è necessaria un’enorme velocità, che permetta ai due elementi di urtarsi tra loro superando la già citata forza repulsiva che li allontana. Ciò vuol dire che per poter innescare la reazione sono necessarie un’elevata energia cinetica e temperature altissime (fino a 150 milioni di gradi) in uno spazio limitato e per un tempo sufficientemente lungo affinché possa aver luogo il processo.
Come si può immaginare, si tratta di un’impresa complessa, specialmente se si considera che, sulla Terra, non esistono materiali in grado di contenere e isolare temperature tanto elevate.
È proprio sulla realizzazione di impianti in grado di lavorare in simili condizioni che si concentrano, ad oggi, i maggiori sforzi. Allo stato attuale, si è optato per il cosiddetto confinamento magnetico, mediante il quale il plasma all’interno del reattore non arriva a toccare le pareti.
Qual è il limite maggiore della fusione nucleare?
Riassumendo, quali sono gli svantaggi della fusione nucleare? Oltre alle chiare difficoltà tecniche dovute alle elevatissime temperature – che richiedono naturalmente diversi anni di studi ed esami sperimentali – vi sono altri svantaggi che è bene tenere in considerazione.
Per poter ottenere dei risultati concreti, saranno necessari ingenti somme di denaro. In più, date le tempistiche che inevitabilmente si presentano, ad oggi la fusione nucleare non può essere considerata una fonte di energia alternativa utilizzabile a breve termine per fronteggiare le sempre maggiori rischieste.
Quando sarà pronta l’energia della fusione nucleare?
Ma ci sarà mai modo di sfruttare l’energia delle stelle e del sole a nostro favore? Le speranze sono altissime, ma ad oggi (e da ormai diversi decenni), questa fonte energetica è ancora in una fase di sperimentazione.
Al momento, ad esempio, non si è ancora riusciti a produrre più energia nucleare rispetto a quella necessaria per avviare il processo di fusione.
Con grandi probabilità, entro il decennio che va dal 2050 al 2060 potremo davvero seguire l’esempio delle stelle per portare energia inesauribile nelle nostre case, e di certo si tratterrà di una risorsa straordinaria. Fino ad allora, però, non bisogna sottovalutare né ignorare il contributo di fonti rinnovabili già esistenti e perfettamente funzionanti, come l’energia solare o quella eolica.
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