ENERGIA PULITA DALLA FUSIONE NUCLEARE

Molto probabilmente non vedremo  una centrale per la produzione di energia elettrica alimentata a fusione nucleare prima della seconda metà del secolo. Infatti ci sono ancora notevoli difficoltà tecniche per la realizzazione di un reattore che funzioni con la fusione nucleare e non utilizzi la consueta fissione nucleare, che produce pericolose scorie radioattive, che richiedono un difficile processo di smaltimento. A Cadarache nel Sud della Francia è iniziato un esperimento per la realizzazione della fusione nucleare che consentirà di ottenere energia illimitata, pulita, sicura e quindi sostenibile dal punto di vista ambientale. L’accensione della macchina è prevista nel 2025 con iniezioni di plasma  e  nel 2035 è prevista la prima reazione  di fusione nucleare nella quale viene replicato sulla Terra ciò che avviene nel Sole, dove a causa delle elevate temperature e dell’elevata forza gravitazionale, forze potentissime fanno fondere tra loro i nuclei di atomi di idrogeno, producendo elio e liberando un’enorme quantità di energia. Il procedimento della fusione nucleare negli impianti parte dall’acqua di mare e dal litio, dai quali vengono estratti due isotopi dell’idrogeno, il deuterio ed il trizio, che vengono portati ad altissime temperatura fino a portarli allo stato di plasma. Con un successivo innalzamento della temperatura vengono spinti a fondersi realizzando la fusione dei loro nuclei, che porta a liberare energia sotto forma di ulteriore calore. Per evitare che le pareti della macchina fondano, il plasma è confinato all’interno da un potente campo magnetico che attraversa delle pareti esterne che formano una struttura toroidale. Tuttavia gli impianti finora hanno un bilancio energetico negativo, in quanto hanno generato meno energia di quella necessaria per tenerli in funzione e la durata della fusione nucleare è stata di pochi secondi. Tale inconveniente può essere superato utilizzando impianti di grandi dimensioni, per questo è stato avviato il progetto ITER che è un reattore sperimentale con la collaborazione del Giappone, Russia, India, Stati Uniti, della Cina e dell’Italia. La parola ITER è  l’acronimo di  International Thermonuclear Experimental Reactor, inteso anche nel significato originale latino di “percorso” o “cammino”.  Il cuore del reattore è chiamato Tokamak ed avrà un diametro di 30 metri ed un peso di 23.000 tonnellate. I magneti superconduttori che saranno utilizzati per generare il campo magnetico per il confinamento del plasma, dovranno essere assemblati sul posto, perché le loro enorme dimensioni non consentono il trasporto. Gli edifici del cantiere sono lunghi centinaia di metri ed il più alto raggiunge 60 metri. All’interno del Tokamak il plasma sarà scaldato fino a raggiungere 150 milioni di gradi, dieci volte la temperature del nucleo del Sole, e tale elevazione porterà sicuramente gli isotopi al suo interno a fondersi tra di loro,  la  fusione sarà in grado di produrre più potenza rispetto alla potenza richiesta per riscaldare il plasma e sarà in grado di sostenere ed autoalimentare la fusione nucleare per un tempo superiore ai pochi secondi degli attuali esperimenti analoghi. Poco più all’esterno i magneti superconduttori  attraverso  la generazione di un forte campo magnetico, confineranno il plasma al suo interno per evitare che le pareti della macchina fondano,  e  per essere più efficienti opereranno ad una temperatura molto bassa di – 269 gradi centigradi. Il processo di fusione è molto più sicuro di quello della fissione, in quanto non solo non produce scorie radioattive, ma in caso di anomalia il processo si ferma al contrario della fissione che può procedere in maniera incontrollata e non vengono emessi gas nocivi. Per arrivare alla fusione nucleare in un Tokamak  viene per prima cosa creato il vuoto spinto  mediante apposite pompe. L’accensione del  plasma nel contenitore toroidale avviene in tre tempi, si immette dapprima corrente elettrica nelle bobine di campo toroidale, in seguito, viene immessa una piccolissima quantità di gas, generalmente gli  isotopi dell’idrogeno,  si immette corrente nel solenoide centrale, che occupa il buco centrale della struttura toroidale, creando un flusso nel nucleo del Tokamak: esso costituisce il circuito primario di un trasformatore, di cui il toro costituisce il circuito secondario; la corrente nel circuito primario viene fatta rapidamente calare, e questo crea una forza elettromotrice. Gli atomi neutri vengono ionizzati, si crea una scarica con elettroni sempre più numerosi per effetto degli urti fra elettroni e atomi neutri. Il gas a questo punto non è più neutro, ma è diventato plasma: a questo punto la corrente elettrica, per effetto Joule, riscalda il plasma a temperature anche molto elevate di milioni di gradi, e si creano le condizioni per la fusione dei nuclei di deuterio e trizio contenuti nel gas immesso nel Tokamak.

L’obiettivo di ITER è quello di dimostrare che è possibile produrre energia con un  bilancio energetico positivo  e  quindi in modo vantaggioso dalla fusione nucleare, e dal suo buon esito dipende la successiva realizzazione di DEMO, cioè della prima centrale elettrica a fusione nucleare, che potrebbe essere realizzata nella seconda metà del secolo. Gli sforzi dei tecnici e delle numeroso persone che lavorano a questo progetto potrebbero dare i loro frutti solo ai loro figli o ai loro nipoti, ma è opportuno continuare in quanto oggi circa l’85 % dell’energia mondiale proviene dai combustibili fossili che si stanno esaurendo ed inquinano ed anche le energie rinnovabili hanno dei limiti, infatti ad esempio l’energia solare ha bisogno di ampie superfici ed è intermittente.

 

 

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