Feb 102019
 

Produrre energia elettrica attraverso l’uso del nucleare è ormai noto che, può avvenire attraverso due diversi processi conosciuti come fissione nucleare, ossia la rottura di un atomo pesante in due più leggeri o attraverso la fusione nucleare di due atomi leggeri per formarne uno più pesante.

Il processo sfruttato all’interno di tutte le centrali oggi esistenti è quello di fissione nucleare cioè di rottura dell’atomo. Viene utilizzato normalmente Uranio 235 o Plutonio 239, due materiali che hanno caratteristiche fissili cioè se bombardati con un neutrone possono separare il loro nucleo in due parti distinte. Al contrario, il processo di fusione non può essere utilizzato perché, per far unire insieme due atomi differenti è necessaria una temperatura straordinaria di milioni di gradi che non è possibile ottenere sulla terra perché nessun materiale è in grado di reggere a tali temperature estreme.

Gli studi sono indirizzati verso la realizzazione di una fusione a freddo, dove e poi sia possibile ottenere lo stesso fenomeno, cioè l’unione di due atomi leggeri in uno più pesante senza queste temperature. Gli studi sono ovviamente in corso ma prima che vengano risolti i tanti problemi passeranno alcune decine di anni.

In realtà però, gli studi sulla fusione nucleare procedono con sempre nuovi successi a livello planetario. Sono spinti dai molti fattori positivi; innanzitutto si utilizzano isotopi dell’idrogeno, quali deuterio e trizio, per formare una molecola più leggera di elio. Essendo ottenuti dall’idrogeno, ossia una delle sostanze più diffuse sul pianeta, sono infinite e a costo zero rispetto alla fissione dove, utilizzando l’Uranio, bisogna arricchirlo per produrre l’U235 elemento raro ma fissile del normale Uranio. Questo ovviamente con processi lunghi e costosi. Inoltre, la fusione non produce scorie radioattive se non in minima parte, questo significa energia pulita, nessuna necessità di stoccare materiale radioattivo, pericolosità della fonte o della centrale. Gli studi sono spinti dal fatto che la fusione nucleare, data la quantità di energia prodotta, potrebbe sostituire tutte le altre fonti conosciute e fornire energia sufficiente all’infinito per l’intera popolazione terrestre.

Come ho detto, tanti studi sono in corso in tutto il pianeta sperimentando tecnologie capaci di produrre e contenere l’enorme calore necessario ad ottenere la fusione. Un grande passo avanti è stato compiuto all’inizio del 2018 in Cina ad Hefei, dove all’interno di un gigantesco reattore a fusione nucleare, chiamato EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), si è raggiunta per la prima volta una temperatura talmente elevata da far impallidire quella del sole: pensate oltre 100 milioni di gradi centigradi contro i circa 15 milioni raggiunti al centro della nostra stella. Questo rappresenta un enorme passo avanti nella tecnologia della fusione nucleare e soprattutto nella ricerca di una tecnologia adatta a produrre energia da questo specifico fenomeno. Inoltre, questo reattore è riuscito a mantenere il plasma a questa temperatura per un periodo record di 101,2 secondi, un’eternità se paragonato alle durate di altri esperimenti.

Reattore nucleare EAST

Infatti, il problema maggiore è riuscire a contenere questo plasma a questa incredibile temperatura, lontano dalle pareti del contenitore. Nel Sole o nelle stelle, questo è più facile grazie all’enorme pressione generata le forze gravitazionali delle masse stellari per cui materiali rimangono praticamente concentrati attorno al nucleo della stella. Nel caso di una centrale, invece, il materiale non può entrare a contatto con nessun oggetto per cui il problema è risolto generando enormi campi magnetici capaci di mantenere in sospensione il plasma a metà strada tra qualunque punto di contatto con il reattore.

Reattore nucleare EAST

La maggior parte delle macchine per la termo-fusione oggi in sperimentazione nelle diverse nazioni, bassa il proprio funzionamento sul tokamak. Si tratta di una macchina sperimentale ideata da fisici russi che ha una forma ad anello capace di generare enormi campi magnetici che mantengono gli isotopi di idrogeno allo stato di plasma in sospensione.

Schema di funzionamento del Tokamak

Anche in Germania, nel loro programma di sviluppo di tecnologie per la fusione, nella struttura di Greifswald è stato creato plasma a 40 milioni di gradi per circa 25 secondi all’interno del reattore Stellarator Wendelstein 7-X.

Reattore tedesco Stellarator Wendelstein 7-X

A livello globale, poi, una menzione speciale la merita ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) che vede l’Italia in prima fila essendo tra i principali partner delle aziende europee EUROfusion e Fusion for Energy. Anche l’Enea (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile), partecipa a queste iniziative con il proprio Dipartimento di fusione e tecnologie per la sicurezza nucleare FSN e recentemente ha assemblato, in Giappone, 20 grandi bobine toroidali nel reattore sperimentale a fusione JT-60SA costruite in Italia.

Reattore giapponese JT-60SA

Inoltre, nel Centro di Ricerche Enea di Frascati a Roma, è in fase di realizzazione un polo scientifico chiamato Divertor Tokamak Test (DTT), più avanzati al mondo nella ricerca sulla fusione nucleare.

In questo centro saranno studiati i nuovi divertori, cioè quelle parti delle pareti su cui è deviato il plasma che sfugge ai campi magnetici a causa delle instabilità. Per impedire il loro danneggiamento, opportune linee di campo magnetico spostano il plasma su aree prestabilite delle pareti dotate di particolare resistenza termica ed elevata capacità dissipazione del calore normalmente realizzate in tungsteno, un metallo che fonde a temperature molto elevate. Lo scopo di questa ricerca è quello di trovare nuove soluzioni tecnologiche da adottare in DEMO, ossia il reattore evoluzione di ITER.

Evoluzione dei reattori a fusione nucleare

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