Energia da fusione: differenze tra le versioni

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{{F|tecnologia|marzo 2011}}

{{fisica}}

L<nowiki>'</nowiki>Con il termine '''energia da fusione''' èsi definisce l'estrazione di [[energia]], in forma utilizzabile (usualmente sotto forma di [[energia elettrica]]), ottenuta da una reazione di [[fusione nucleare]].<br/>

Tecnicamente, molte forme di generazione di energia sono, almeno indirettamente, derivanti dalla fusione nucleare, infatti il [[Sole]], come tutte le [[stella|stelle]], è un grande [[reattore nucleare]] naturale e l'energia solare governa molti fenomeni energetici che avvengono sulla [[Terra]], come ad esempio l'[[evaporazione]] delle [[acqua|acque]] [[mare|marine]] e quindi la formazione delle [[nuvola|nubi]], ma il termine in questione è, di norma, utilizzato per indicare una reazione di fusione nucleare ottenuta artificialmente in maniera controllata.<br/>

Il termine è di norma utilizzato per indicare una reazione di fusione nucleare ottenuta artificialmente e in maniera controllata. Sono però molte le fonti di energia che utilizzano indirettamente la fusione nucleare che avviene nel [[Sole]], che, come tutte le stelle, costituisce un [[reattore nucleare a fusione|reattore nucleare]] naturale. L'energia prodotta dal processo di fusione che avviene nel suo nucleo può essere raccolta sulla terra tramite [[Modulo fotovoltaico|moduli fotovoltaici]] o con conversione diretta della [[radiazione solare]] in calore con il cosiddetto solare termodinamico. La stessa energia permette l'[[evaporazione]] delle [[acque]] [[mare|marine]] e la formazione di [[nuvola|nubi]].

Attualmente sono in corso molti esperimenti sulla fusione nucleare ma non è ancora stato realizzato nessun sistema in grado di generare e sfruttare l'energia di fusione in modo vantaggioso e sicuro.

Attualmente sono in corso molti esperimenti sulla fusione nucleare, ma non è ancora stato realizzato nessun sistema in grado di generare e sfruttare l'energia di fusione in modo vantaggioso e sicuro.

==Concetti di base==

LeIn reazioniuna reazione di fusione nucleare coinvolgono, due [[nucleo atomico|nuclei atomici]] forzandolivengono forzati a combinarsi tra loro per formarneformare unoun solo nucleo.<br/>

QuestoQuesta richiede una grande quantità di energia per superare la repulsione tra i nuclei dovuta all'[[Forza elettromagnetica|interazione elettromagnetica]], madi quando riesce il nucleo risultante ha una [[massa (fisica)|massa]] che è leggermentepoco inferiore alla somma della masse iniziali dei [[due]] nuclei inizialidi partenza.<br/>

QuestaDurante la fusione nucleare, questa differenza di massa divienesi trasforma in energia, seguendo l'la famosa equivalenza tra massa ed energia definita da [[Albert Einstein|Einstein]] con la famosa formula: ''[[E''=''mc²]]''² (dove ''E'' è l'energia, ''m'' la massa e ''c'' la [[velocità della luce]] nel [[vuoto (fisica)|vuoto]]).<br/>

I nuclei di atomi più leggeri sonopossono piùessere facilifusi datra fondereloro insiemecon rispettomaggiore afacilità (minore quelliè piùinfatti la repulsione elettromagnetica che è necessario pesantivincere cosicchédurante l'avvicinamento). Per questa ragione l'[[idrogeno]], il più diffuso [[elemento chimico|elemento]] dell'[[universo]], è considerato il miglior candidato come combustibile nucleare.<br/>

L'energia che è possibile ottenere dalla fusione di due [[isotopo|isotopi]] dell'idrogeno come il [[deuterio]] e [[trizio]] è sensibilmente maggiore rispetto all'energia richiesta per avviare il processo di fusione. Anche per questo motivo la fusione di deuterio e trizio è attualmente al centro di molte ricerche sulla fusione controllata. Questa non è comunque l'unica fusione che è possibile (almeno in linea teorica) ottenere in ambiente controllato.<br/>

Una ''miscela'' di due [[isotopo|isotopi]] dell'idrogeno, [[deuterio]] e [[trizio]], richiede per fondersi relativamente poca energia, se comparata con l'energia risultante dalla fusione.<br/>

Alcune possibili fusioni attualmente in esame permetterebbero persino di evitare l'emissione di [[neutrone|neutroni]] durante il processo di fusione (''combustibili aneutronici''). Un flusso di neutroni prodotto dalla fusione potrebbe portare all'inquinamento radioattivo delle componenti del reattore, come già avviene per i reattori che sfruttano il processo di [[fissione nucleare]].<br />

Mentre la ''miscela'' deuterio-trizio è al centro di svariate ricerche sulla fusione è bene non pensare a questa come l'unico combustibile nucleare possibile.<br/>

Il primo passo per la ricerca in questo settore prevede comunque la costruzione di un reattore nucleare in grado di generare fusione controllata di deuterio e trizio.

Altre ''miscele'' di elementi sono realizzabili e, cosa non certo trascurabile, alcune di esse non emettono [[neutrone|neutroni]] durante la fusione.<br/>

L'emissione di neutroni durante una reazione di fusione ha come conseguenza di rendere via via radioattive tutte le componenti del reattore stesso (cosa che si verifica con i reattori a fissione dove il problema finale non è solo lo stoccaggio delle scorie ma quello dello stesso reattore quando questi viene dismesso).<br/>

Questi combustibili alternativi sono appunto chiamati ''combustibili aneutronici''.<br>

Comunque attualmente si guarda, come primo passo, al traguardo di un reattore a fusione alimentato a deuterio-trizio.<br/>

== Utilizzo commerciale dei reattori a fusione ==

{{Vedi anche|Reattore nucleare a fusione}}

La fusione nucleare è vista da molti come la soluzione a lungo termine dei problemi energetici della Terra.<br/>

Alcuni dei possibili vantaggi che vengono elencati come derivanti dall'uso di questa tecnologia sono:

*Il combustibile (idrogeno) è praticamente inesauribile ed è a disposizione di tutte le nazioni che abbiano uno sbocco sul mare. Il deuterio può essere estratto dall'acqua, anche se con costi energetici non indifferenti,; edper fare un esempio, un ditale pieno di deuterio equivale a 20 tonnellate di carbone in termini di produzione di energia. Un lago di medie dimensioni contiene abbastanza deuterio persufficiente a rifornire una nazione di energia per secoli utilizzando la fusione nucleare (ovviamente supponendo di poterlosfruttarlo sfruttare in modo totaletutto). In effetti gliGli attuali reattori sperimentali, ed anchee gli ipotetici reattori di potenza di ''prima generazione'' utilizzano come combustibile una miscela di deuterio-trizio (D-T), la cui produzione richiede l'impiego di un metallo abbastanzalargamente raro:disponibile ilin [[litio]].quanto Per«si rendereriscontra veritierela lesua precedentipresenza previsioniin ètracce necessarionei lotessuti sviluppoanimali, dinelle piante (specialmente tabacco), nel suolo e in moltissimi minerali»<ref>{{cita pubblicazione |nome=Armando Curcio Editore |titolo= Enciclopedia Universale delle lettere delle scienze delle arti|città=Roma |volume= 11 |anno=1974}}</ref>, il [[litio]]. I reattori di ''seconda generazione'' funzionantifunzioneranno con solo deuterio (D-D).

*Nessuna possibilità di ''incidenti'' come quelli di [[Chernobyl|ChernobylČernobyl']] o di [[Incidente di Three MilesMile Island|Three Mile Island]] in quanto il reattore non contiene sostanze radioattive come l'[[uranio]] o le scorie di fissione. Malgrado questoPerò non è possibile escludere altri tipi di possibili incidenti, come fughe di trizio o perdite di liquido refrigerante.

*Nessun prodotto chimico da combustione ([[anidride carbonica]] ad esempio) come residuo immesso nell'[[atmosfera]] e quasi nessun contributo, o quasi, al riscaldamento del pianeta.

*Impossibilità di utilizzo dei reattori per la produzione di materiale bellicoper oscopi dibellici loro utilizzo a scopio terroristici

*Basso livello di radioattività residua e produzione di sostanze con cortabreve [[vita media]] (ossiatempo in cui la radioattività si riduce rapidamente). Durante la fusione D-T una parte dei neutroni emessi rende via via radioattivo il contenitore del reattore stesso (fattore critico nel momento della dismissione del reattore stesso), ma questa radioattività può essere grandemente ridotta usando ''materiali a bassa attivazione'', ossia poco sensibili a diventare radioattivi. Questi materiali possono avere vita media (ossia tempo di riduzione della loro pericolosità) di poche decine di anni, inmentre confrontoè alledi migliaia di anni quella delle scorie radioattive prodotte daidei reattori a fissione. La soluzione di questo problema, ossia la produzione di materiali ''poco attivabili'' , comprende l'ideazione di sostanze con [[composizione chimica]] inusuale, che dovranno essere sottoposte a lunghe sperimentazioni dovendo tenere conto che la composizione chimica ha riflessi sulle proprietà meccaniche, e quindi sulla resistenza, dei nuovi materiali.

Uno dei dubbi non ancora risolti è se la produzione di energia attraverso la fusione nucleare sia economicamente competitiva rispetto ad altri sistemi. Questo perché a fronte di un combustibile (l'idrogeno) estremamente diffuso e disponibile, gli investimenti per costruire un ipotetico reattore a fusione e gli impianti di produzione del combustibile (sia D-T che D-D) sono stimati essere molto elevati. È anche vero che nel caso dei [[combustibili fossili]] ai puri costi economici vanno sommati “costi” di altro genere, come le tensioni internazionali, e le guerre, derivanti dal controllo delle fonti di combustibile o l'impatto ambientale.<br>

La fusione nucleare è vista da molti come la soluzione a lungo termine dei problemi energetici della Terra.<br/>

Alcuni dei possibili vantaggi che vengono elencati come derivanti dall'uso di questa tecnologia sono:

*Il combustibile (idrogeno) è praticamente inesauribile ed è a disposizione di tutte le nazioni che abbiano uno sbocco sul mare. Il deuterio può essere estratto dall'acqua, anche se con costi energetici non indifferenti, ed un ditale pieno di deuterio equivale a 20 tonnellate di carbone in termini di produzione di energia. Un lago di medie dimensioni contiene abbastanza deuterio per rifornire una nazione di energia per secoli utilizzando la fusione nucleare (ovviamente supponendo di poterlo sfruttare in modo totale). In effetti gli attuali reattori sperimentali, ed anche gli ipotetici reattori di potenza di ''prima generazione'' utilizzano come combustibile una miscela di deuterio-trizio (D-T) la cui produzione richiede l'impiego di un metallo abbastanza raro: il [[litio]]. Per rendere veritiere le precedenti previsioni è necessario lo sviluppo di reattori di ''seconda generazione'' funzionanti con solo deuterio (D-D).

*Nessuna possibilità di ''incidenti'' come quelli di [[Chernobyl|Chernobyl]] o di [[Three Miles Island]] in quanto il reattore non contiene sostanze radioattive come l'[[uranio]] o le scorie di fissione. Malgrado questo non è possibile escludere altri tipi di possibili incidenti come fughe di trizio o perdite di liquido refrigerante.

*Nessun prodotto chimico da combustione ([[anidride carbonica]] ad esempio) come residuo immesso nell'[[atmosfera]] e nessun contributo, o quasi, al riscaldamento del pianeta.

*Impossibilità di utilizzo dei reattori per la produzione di materiale bellico o di loro utilizzo a scopi terroristici

*Basso livello di radioattività residua e produzione di sostanze con corta [[vita media]] (ossia in cui la radioattività si riduce rapidamente). Durante la fusione D-T una parte dei neutroni emessi rende via via radioattivo il contenitore del reattore stesso (fattore critico nel momento della dismissione del reattore stesso) ma questa radioattività può essere grandemente ridotta usando ''materiali a bassa attivazione'' ossia poco sensibili a diventare radioattivi. Questi materiali possono avere vita media (ossia tempo di riduzione della loro pericolosità) di poche decine di anni in confronto alle migliaia di anni delle scorie radioattive prodotte dai reattori a fissione. La soluzione di questo problema, ossia la produzione di materiali ''poco attivabili'' comprende l'ideazione di sostanze con composizione chimica inusuale, che dovranno essere sottoposte a lunghe sperimentazioni dovendo tenere conto che la composizione chimica ha riflessi sulle proprietà meccaniche, e quindi sulla resistenza, dei nuovi materiali.

Uno dei dubbi non ancora risolti è se la produzione di energia attraverso la fusione nucleare sia economicamente competitiva rispetto ad altri sistemi. Questo perché a fronte di un combustibile (l'idrogeno) estremamente diffuso e disponibile, gli investimenti per costruire un ipotetico reattore a fusione e gli impianti di produzione del combustibile (sia D-T che D-D) sono stimati essere molto elevati. È anche vero che nel caso dei [[combustibili fossili]] ai puri costi economici vanno sommati “costi” di altro genere come le tensioni internazionali, e le guerre, derivanti dal controllo delle fonti di combustibile.<br>

==Progetti==

Sfortunatamente, malgrado l'ottimismo generatosi negli [[anniAnni 1950|anni Cinquantacinquanta]] con la previsione di vedere realizzati nell'arco di pochi [[anno|anni]] i primi reattori, esistono tuttora notevoli barriere tra le conoscenze scientifiche e le capacità tecnologiche, barriere che mettono in dubbio la possibilità pratica di sfruttare questa forma di energia., Malgradoma ciòmalgrado le ricerche sono continuate malgrado notevoli le difficoltà sortele viaricerche viacontinuano.
Un grosso problema non risolto è quello di trovare un materiale in grado di resistere all'intenso [[flusso]] di [[neutrone|neutroni]] che si genera nella reazione di fusione, flusso stimato essere [[cento (numero)|100]] volte maggiore di quello prodotto dai [[reattore nucleare a fissione|reattori a fissione]] tipo [[Reattore nucleare a fissione#Reattori PWR|PWR]]. Lo studio di tali materiali è attualmente ([[2005]]) ancora nelle sue fasi iniziali.

Questa situazione ha fatto sisì che intorno agli [[anniAnni 1990|anni Novantanovanta]] si sia dato molto risalto ad alcune notizie riguardanti la possibilità di ottenere la fusione nucleare a basse [[temperatura|temperature]], la cosiddetta [[fusione fredda]]. Ulteriori ricerche condotte da numerose [[università]], anche [[italia]]ne, non hanno però portato adné alcunaa confermarisultati delledefinitivi, notiziené a previsioni consistenti di utilizzi inizialiconcreti.

L'[[Unione Europeaeuropea]], si éè aggiudicata la realizzazione del progetto [[ITER]] per sviluppare il primo reattore a fusione funzionante. La [[Francia]] ha battuto il [[Giappone]] nella corsa allaper realizzazioneaggiudicarsi delil progettosito di realizzazione, sostenuta dalla [[Russia]], dalla [[Cina]] e dalla stessa [[Unione europea|UE]]. La sede prescelta sarà [[Cadarache]], nel Sudsud del Paese.

Anche l'[[Italia]] sta studiando la possibilità di realizzare un reattore sperimentale a [[fusione a confinamento magnetico]]. Il progetto in questione si chiama [[IGNITOR]] ed è stato realizzato dall'[[Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile|ENEA]]; la sua costruzione non è ancora cominciata.

Nel settembre 2021 l’azienda americana [[Commonwealth Fusion Systems]], di cui l’italiana [[Eni]] è maggiore azionista, ha realizzato e testato un prototipo in scala 1:1 di un [[magnete]] basato su [[Superconduttività|superconduttori]] HTS (High Temperature Superconductors). L'esperimento ha dimostrato che è possibile realizzare una camera di fusione in cui il confinamento del [[Plasma (fisica)|plasma]] è assicurato da magneti superconduttori ad alta temperatura. Questa tipologia di camera di fusione potrà consentire la realizzazione di un [[Reattore nucleare|reattore]] sperimentale, denominato SPARC, più piccolo rispetto agli altri prototipi in sviluppo<ref>{{cita web|url=https://www.wired.it/scienza/energia/2021/09/08/fusione-confinamento-magnetico-eni-cfs/|titolo=Fusione a confinamento magnetico, Eni annuncia il successo del test di Cfs}}</ref>. I dati raccolti da SPARC permetteranno di realizzare ARC, il primo [[impianto pilota]] industriale in grado di raggiungere le temperature necessarie per rendere possibile la fusione controllata di [[deuterio]] e [[trizio]]. Secondo le previsioni di CFS, il reattore SPARC potrebbe entrare in funzione già nel 2025<ref>{{cita web|url=https://www.ilsole24ore.com/art/nucleare-pulito-eni-inaugura-l-era-fusione-confinamento-magnetico-AEfH1Rh|titolo=Nucleare pulito, Eni inaugura l’era della fusione a confinamento magnetico}}</ref>.

== Note ==

<references/>

==Voci correlate==

*[[Energia da fissione]]

*[[Reattore nucleare a fusione]]

**[[DEMO]], successore di [[ITER]].

**[[National Ignition Facility]], progetto USA a confinamento laser.

*[[Reattore nucleare a fissione]]

* [[Reattore aSicurezza fusionenucleare]]

== Altri progetti ==

{{Interprogetto/notizia|Riprodotta in laboratorio la fornace solare|data=14 marzo 2006}}

*[[{{Energia da fissione]]fusione}}

==Collegamenti esterni==

{{Tecnologie emergenti}}

*[http://www.iter.org/index.htm Sito di Iter]

{{portale|energia|fisica}}

[[Categoria:Energia|Energia da fusioneFusione]]

[[Categoria:Fonti energetiche non rinnovabili]]

[[Categoria:Fusione nucleare]]