La fusione nucleare è descritta come il “Santo Graal” della produzione di energia. E’ il processo che alimenta il Sole e le altre stelle.
Un passo indietro.
Pensavano di fermare la scienza. Pensavano che con qualche pannello solare e quattro girelle si poteva sostituire il fabbisogno italiano di energia sottraendolo al fossile.
Con l’abbandono del nucleare con il referendum dell’8 ed il 9 novembre 1987, sotto l’emotività per fatti incresciosi, si pensava che il nucleare fosse il diavolo.
Tra il 1988 e il 1990 le centrali furono chiuse. I cantieri degli impianti in costruzione furono interrotti. L’Italia fu esclusa dalla ricerca scientifica mondiale che conta, facendo precipitare la nostra scienza nell’oscurantismo medioevale. Noi che siamo stati maestri al mondo.
Hanno avuto paura della scienza, quando dovevano temere l’uso improprio del nucleare da parte dell’uomo, il suo controllo.
E così mentre negli altri paese si continuava nella ricerca l’Italia è rimasta a guardare, altri paesi anche della porta accanto producevano energia nucleare. E noi, per ironia, la importavamo senza che nessun ambientalista fiatasse. Come se il propagarsi delle radiazioni per un incidente restassero confinate nel paese di produzione della energia nucleare.
Ed ora, solo ora ci accorgiamo quanto eravamo sprovveduti, quanto siamo stati drogati dalla informazione, pensando di stare nel giusto. Solo ora ci accorgiamo del tempo che abbiamo perduto. Solo ora, Unione Europea in primis, dopo averla condannata ha dichiarato verde e sostenibile il nucleare perché è fonte pulita e rinnovabile.
Già nell’ultimo anno di ingegneria, primi anni ’70, abbiamo imparato, noi elettrotecnici assieme ai nucleari, ai fisici come produrre energia fruttando la reazione che avviene nel sole, ed abbiamo già da allora imparato a confinare il plasma incandescente.
Lì siamo rimasti.
Ed ora, dicembre 2022, l’annuncio:
Innescata una reazione di fusione nucleare al Lawrence Livermore National Laboratory (Llnl), in California, in grado di produrre circa 1.5 volte la quantità d’energia immessa nel reattore.
Detta così a chi non mastica di fisica dice poco o niente. I collettori fotovoltaici moderni hanno un rendimento medio intorno al 15%. mentre la resa di un impianto eolico non è ben definita a causa della variabilità della velocità del vento.
L’energia prodotta dall’Llnl supera la energia fornita, con un guadagno 1.5 volte la quantità d’energia immessa nel reattore.
La fusione nucleare.
La fusione nucleare è il processo mediante il quale due nuclei leggeri si combinano per formare un singolo nucleo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia, esattamente come avviene nelle stelle.
Al contrario della fissione nucleare, una reazione instabile che produce energia sfruttando il fenomeno della scissione degli atomi e dà origine a prodotti radioattivi, la fusione può produrre un’enorme quantità di energia e nello stesso tempo dare origine a un atomo molto stabile.
Il processo di fusione nucleare richiede temperature altissime, anche 150 milioni di gradi, contro i 15 milioni di gradi necessari per innescare la reazione di fusione in una stella, dove le densità degli atomi sono però molto più elevate.
Per prima cosa bisogna generare un plasma. Il plasma è un gas estremamente carico elettricamente. E’ considerato il quarto stato della materia. Un gas, che ha la proprietà ad ionizzarsi a temperature ordinarie, si ionizza completamente, ovvero gli atomi perdono completamente i propri elettroni, ad alte temperature.
Un gas in condizioni di totale ionizzazione si chiama plasma.
Confinamento magnetico classico a “magneti”.
Nel plasma che è un conduttore elettrico si genera una corrente indotta.
A questo punto la corrente elettrica indotta, per effetto Joule, riscalda il plasma a temperature anche molto elevate (qualche milione di gradi).
Per far salire la temperatura del gas si usa un sistema che ricorre a giganteschi campi magnetici che avvolgono la ciambella (contenitore di vuoto toroidale). Sono i magneti centrali che vedete in figura.
Il campo magnetico ha anche la funzione di portare i nuclei del gas sempre più vicini per farli fondere più facilmente. In definitiva questo significa che una particella (elettrone o ione che sia) non si può allontanare più di tanto dalla linea di campo.
Quindi un campo magnetico può confinare in modo efficace un plasma.
Confinamento magnetico a “laser”
Per contenere il plasma, come abbiamo visto, è necessario un sistema di contenimento. Risultato che è stato ottenuto all’Llnl grazie a uno specifico sistema detto a “confinamento laser”.
Il tutto è avvenuto in una frazione di miliardesimi di secondo, all’interno di una capsula sferica dal diametro di quattro millimetri, costituita da un guscio che racchiude i due elementi chiave per ottenere la reazione di fusione nucleare: il deuterio e il trizio, due isotopi dell’idrogeno.
Diverse centinaia di laser riproducono un effetto simile a quello generato dalla gravità, simulando così le condizioni d’innesco della reazione nucleare di fusione che avviene nelle stelle, compreso il Sole.
Penetrando attraverso i fori di un piccolo cilindro, 192 fasci laser hanno colpito la parte interna del contenitore, generando dei raggi X che a loro volta hanno compresso il guscio della sferetta contenente il deuterio e il trizio fino a ottenere la pressione e la temperatura ideali per innescare la reazione di fusione.
L’esperimento ha permesso di superare la soglia di fusione, fornendo 2,05 megajoule (MJ) di energia al bersaglio e ottenendo 3,15 MJ di energia di fusione: un guadagno, dunque, di circa 1.5 volte.
Questo risultato storico, primo nel suo genere, fornirà capacità senza precedenti per supportare lo Stockpile Stewardship Program della NNSA e fornirà preziose informazioni sulle prospettive dell’energia da fusione pulita, che rappresenterebbe un punto di svolta per gli sforzi per raggiungere l’obiettivo per la net-zero carbon economy.
Bruce 