La fusione nucleare

La fusione nucleare spiegata dal professor Piero Martin dell’Università di Padova in questo articolo divulgativo, pubblicato su La Stampa del 13 dicembre 2022 e su Green&Blue. La necessità di produrre sempre più energia, ma in modo pulito, è alla base delle ricerche sulla fusione nucleare, il processo che alimenta il sole.

Il 13 dicembre 2022 è stato annunciato un progresso decisivo di queste ricerche nel Lawrence Livermore National Laboratory, il laboratorio di ricerca del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America, gestito dall’Università della California e ubicato a Livermore.

Il testo consta di 768 parole. Tempo d lettura stimato 3 – 4 minuti circa. Su ItalianaContemporanea è rubricato nella pagina La scienza.


Secondo uno studio dell’emittente britannica Channel 4 un singolo post Instagram di Ronaldo causa un utilizzo di energia elettrica – da parte dei suoi seguaci sui social – pari al consumo tipico di dieci famiglie del Regno Unito per un intero anno. E questo è solo un esempio di quanto ci sia bisogno di energia elettrica. Un altro riguarda la disponibilità di elettricità che sarà richiesta dai trasporti: un’analisi del National Renewable Energy Laboratory statunitense prevede che se entro il 2050 due terzi del parco autoveicoli americano saranno elettrici, occorrerò più che raddoppiare la capacità elettrica installata. Tutto ciò senza dimenticare il tema della povertà energetica, con circa 800 milioni di persone che non hanno accesso all’elettricità, con conseguenze drammatiche su salute, scolarizzazione, qualità della vita.

Le fonti fossili

Il mondo ha fame di elettricità, ma ad oggi circa due terzi di essa vengono prodotti da fonti fossili, quindi emettendo CO2 e amplificando le dipendenze strategiche per le forniture di combustibili come gas e carbone. Un futuro sostenibile richiede un paniere diversificato di fonti energetiche libere da CO2: naturalmente ricco di rinnovabili, ma che si basi anche sul processo che alimenta le stelle e il nostro il sole, e che quindi in qualche modo è alla base della vita sulla Terra: la fusione. Il risultato che sarà annunciato oggi pare sarà un elemento importante per la costruzione di questo paniere.

Come un accendino

La fusione è un processo nel quale nuclei molto leggeri, idrogeno o suoi isotopi, si uniscono. In un futuro reattore il risultato dell’unione verrà convertito in elettricità. Ciò avverrà senza emissione di CO2, con combustibili come acqua e litio ampiamente disponibili, senza scorie radioattive di lunga durata e in modo sicuro. A differenza del processo nucleare diametralmente opposto – la fissione dell’uranio che alimenta i reattori attuali – la fusione avviene in condizioni non critiche, con pochissimo combustibile presente in ogni istante nel reattore e quindi senza rischio di perdita di controllo anche in caso di eventi catastrofici. Un reattore a fusione è come un accendino: se mentre funziona ci cade dalle mani, semplicemente si spegne.

Dividere è più facile che unire

Così come anche tra noi umani dividere è spesso assai più semplice che unire, anche nella fisica realizzare in maniera efficiente la fusione è assai più difficile che non fare la fissione. I primi reattori civili a fissione furono realizzati negli Anni 50, mentre per la fusione la ricerca scientifica è in corso in tutto il mondo, e il nostro Paese occupa un ruolo di primo piano con finanziamenti sia pubblici sia privati.

Laser e campi magnetici

Per far fondere due nuclei leggeri occorre portarli molto vicini. Parliamo di distanze microscopiche: basti pensare che un nucleo è grande qualche milionesimo di miliardesimo di metro, davvero un’inezia. Per farlo i fisici sfruttano due principi, l’uno basato su campi magnetici e l’altro su laser. Nel primo caso il gas di idrogeno viene riscaldato ad altissime temperature e tenuto ingabbiato nel reattore da campi magnetici. Nel secondo caso, il cosiddetto confinamento inerziale, delle capsule di combustibile vengono sottopose ad un’intensa radiazione laser, che le riscalda e soprattutto le comprime ad altissime densità, portando quindi la materia in condizione di fusione.

Energia “amplificata”

L’esperimento del Lawrence Livermore National Laboratory appartiene a questa seconda categoria. È un dispositivo di dimensioni impressionanti, con 192 laser focalizzati simultaneamente sulla capsula di combustibile. Stando alle anticipazioni di queste ore – peraltro non ancora confermate – i ricercatori americani avrebbero ottenuto un’amplificazione dell’energia utilizzata per innescare il processo, si dice di circa il 120%. Un risultato che, se confermato, rappresenta un passo importante, ma che ancora non significa che domenica prossima i tifosi potranno seguire i post relativi alla finale dei mondiali senza curarsi delle emissioni di CO2.

La partita è aperta

La realizzazione pratica di un reattore a fusione richiede infatti ancora ricerca e tecnologia. La partita su quale sarà lo schema da utilizzare, magnetico o laser, è ancora aperta. La fusione magnetica è ad esempio a un livello di sviluppo più avanzato, potendo beneficiare di un concetto tecnologicamente meno complesso. In tal senso sul confinamento magnetico si è assistito nell’ultimo paio d’anni a un forte incremento degli investimenti privati e a un rinnovato interesse della ricerca pubblica. Uno scenario assai incoraggiante in un periodo nel quale sempre più capiamo quanto l’energia sia cruciale per il benessere del mondo e quanto la ricerca sia importante. Cosa che l’Italia ha ben colto e sulla quale sta facendo importanti investimenti, come ad esempio l’esperimento Dtt in costruzione a Frascati che sarà uno dei protagonisti della fusione a livello mondiale. 

Guida alla lettura

Questionario di comprensione del testo.

  1. Essendo un articolo divulgativo e quindi destinato ad un pubblico non specialista, il testo è breve (poco più di 700 parole) ed è suddiviso in paragrafi molto brevi e titolati (il paragrafo più lungo non supera le 150 parole).
  2. Il testo apre con due esempi che hanno la funzione di rendere evidente la fame di energia del mondo intero: quali gli esempi e le fonti?
  3. L’enorme incremento di produzione di energia causa inquinamento da CO2 e disuguaglianze intollerabili, è necessaria una diversificazione delle fonti: riassumete il pensiero dell’autore.
  4. La definizione del processo di fusione nucleare: quale? Differenze col processo di fissione: quali?
  5. Le due tecnologie per ottenere la fusione: campi magnetici e laser. L’esperimento del Lawrence Livermore National Laboratory si basa su quale tecnologia e perché sarebbe così importante?
  6. Cosa si sta facendo in Italia?