Tutto quello che non vi hanno detto sulla fusione nucleare

Per la prima volta un esperimento di fusione nucleare negli Stati Uniti ha generato più energia di quanta ne abbia ricevuta. Un risultato straordinario ma... Dalle implicazioni militari a quel che manca per gli usi pratici, ecco quello di cui non tutti hanno sentito parlare.

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Tutto quello che non vi hanno detto sulla fusione nucleare

Per la prima volta un esperimento di fusione nucleare negli Stati Uniti ha generato più energia di quanta ne abbia ricevuta. Un risultato straordinario ma... Dalle implicazioni militari a quel che manca per gli usi pratici, ecco quello di cui non tutti hanno sentito parlare.

Recentemente si è parlato molto di fusione nucleare. Per la prima volta, infatti, in un laboratorio negli Stati Uniti è stata prodotta una reazione di fusione ha generato più energia di quanta ne avesse ricevuta dall’esterno per attivarsi, raggiungendo quella che in gergo tecnico si chiama ignition, o breakeven. Si tratta indubbiamente di un risultato storico, ma nella discussione pubblica non tutto, dalle motivazioni alle difficoltà tecniche nel realizzarla, è stato messo bene in evidenza. Ecco dunque una breve sintesi delle cose più importanti da sapere per chi è interessato (e, sia chiaro, tutti dovremmo esserlo perché si tratta del nostro futuro).

Che cosa è successo

Il 5 dicembre 2022, nella National Ignition Facility (Nif) dei Laboratori Nazionali Lawrence Livermore (Llnl), in California, una reazione di fusione ha generato 50% più energia di quanta ne abbia ricevuta dall’esterno per accendersi. La fusione è il fenomeno che avviene quando due nuclei atomici leggeri si uniscono – tecnicamente si dice che si “fondono” – per crearne uno con massa maggiore. Queste reazioni avvengono quotidianamente nelle stelle e forniscono loro l’energia per brillare. Nei laboratori, vengono studiate reazioni simili ma un po’ diverse, perché cambiano le condizioni ambientali (pressioni e temperature presenti nelle stelle sono difficili da replicare in laboratorio). Negli esperimenti in corso in tutto il pianeta, come combustibile si usano forme pesanti dell’idrogeno dette deuterio e trizio.

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L’interno della National Ignition Facility (Mif), in California (Nif).

Implicazioni militari

Per innescare la fusione, si possono usare diverse tecnologie. La National Ignition Facility usa 192 fasci laser che scaldano un cilindro d’oro cavo, al cui interno c’è il combustibile nucleare. Raggiunto dai laser, il cilindro emette raggi X che colpiscono il combustibile, innescando un’onda d’urto che attiva la fusione. Questa tecnica, in realtà, è stata sviluppata con una duplice finalità: da una parte la svolta energetica, dall’altra simulare le reazioni di fusione che avvengono all’interno dell’ordigno più devastante che l’umanità abbia prodotto, la bomba H (o bomba “a idrogeno”). Simulazioni che sono diventate di rilievo soprattutto in seguito ai trattati sulla messa al bando degli esperimenti nucleari. Da questo punto di vista, dunque, un successo degli Stati Uniti in questo campo non è privo di implicazioni geopolitiche.

Il progetto più grande? Iter

D’altra parte, gli stessi Stati Uniti partecipano anche a un grande progetto internazionale per la fusione, che si chiama Iter ed è a guida europea. Iter è in costruzione a Cadarache, nel Sud della Francia. Il suo cuore è un reattore a forma di ciambella detto Tokamak, al cui interno è intrappolato un plasma che supera i 100 milioni di gradi, 7 volte più che nel centro del Sole. Nel mondo ci sono diversi Tokamak più piccoli che contribuiscono al progetto di Iter. Uno di questi è Jet, in Gran Bretagna. Un progetto alternativo con una geometria più complessa è lo “stellarator”, come quello del reattore Wendelstein 7-X in Germania. Alla fine, il costo stimato per il reattore di Iter è di circa 20 miliardi di euro. Iter deve ancora dimostrare di poter produrre più energia di quella che usa: l’obiettivo è arrivare a 10 volte di più.

Il sito di costruzione di Iter a Cadarache, Francia (Iter).

I prossimi passi

Ci sono ancora moltissimi passi da fare prima che la fusione nucleare possa essere utilizzata a scopi pratici. Tornando ai laser della National Ignition Facility, elenchiamo i punti principali per dare un’idea delle sfide in corso (Iter ha altre sfide che qui non consideriamo):

1. Il vero breakeven

È vero che il 5 dicembre è stato raggiunto il breakeven, dato che 2 megajoule di energia (l’equivalente di un phon che va per un quarto d’ora circa) fornita dal laser sono stati trasformati in 3 megajoule. Però è anche vero che per generare quei 2 megajoule del laser sono stati necessari almeno 300 megajoule di energia elettrica e un apparato grande come un campo di calcio. Se vogliamo una fusione che risolva i problemi energetici del pianeta, è necessario avere un impianto più snello, ma soprattutto capace di generare davvero più energia di quanta ne consumi nel bilancio complessivo.

2. Operatività e costi

L’impulso laser che induce la reazione dura una frazione di secondo. E, ogni volta che si effettua un esperimento, gli specchi e gli strumenti nei pressi della zona in cui avviene la fusione si danneggiano e devono essere sostituiti. Attualmente, il reattore americano è in grado di funzionare al massimo tre volte al giorno. In futuro, per avere interesse pratico, dovrà farlo dieci volte al secondo. Più in generale, deve migliorare l’operatività e devono diminuire molto i costi.

3. Da calore a elettricità

Una delle grandi questioni (ed è vero anche per Iter) è come ricavare energia elettrica dal calore che si genera con le reazioni di fusione. Per risolvere questo problema, ci vorranno ancora decenni. E ci vorrà una nuova generazione di reattori, molto diversi da quelli odierni.

Il punto di arrivo

D’altra parte, ci sono voluti 70 anni per arrivare al risultato attuale. Potrebbero volercene altri 70 anni per risolvere tutti i problemi tecnici al vaglio di scienziati e ingegneri. Tutto dipenderà in maniera decisiva da noi, dalle nostre scelte, dalla volontà politica di farlo. Perché la strada che porta alla fusione è indubbiamente ancora lunga e costosa, mentre l’urgenza di fermare le emissioni di gas serra e il cambiamento climatico è pressante. Ma il punto di arrivo è degno della massima considerazione, visto che la fusione è un fonte di energia davvero inesauribile e pulita, che usa un combustibile ricavabile dall’acqua – dunque disponibile in tutto il pianeta, senza problemi geopolitici – e che produce scorie facilmente gestibili anche con la tecnologia attuale.

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