Energia da fusione
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L'energia da fusione è l'estrazione di energia, in forma utilizzabile (usualmente sotto forma di energia elettrica) da una reazione di fusione nucleare.
Tecnicamente, molte forme di generazione di energia sono, almeno indirettamente, derivanti dalla fusione nucleare, infatti il Sole, come tutte le 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 acque marine e quindi la formazione delle nubi, ma il termine in questione è, di norma, utilizzato per indicare una reazione di fusione nucleare ottenuta artificialmente in maniera controllata.
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
Le reazioni di fusione nucleare coinvolgono due nuclei atomici forzandoli a combinarsi per formarne uno solo.
Questo richiede una grande quantità di energia per superare la repulsione tra i nuclei dovuta all'interazione elettromagnetica, ma quando riesce il nucleo risultante ha una massa che è leggermente inferiore alla somma della masse dei due nuclei iniziali.
Questa differenza di massa diviene energia seguendo l'equivalenza tra massa ed energia definita da Einstein con la famosa formula E=mc2 (dove E è l'energia, m la massa e c la velocità della luce nel vuoto).
I nuclei più leggeri sono più facili da fondere insieme rispetto a quelli più pesanti cosicché l'idrogeno, il più diffuso elemento dell'universo, è il miglior candidato come combustibile nucleare.
Una miscela di due isotopi dell'idrogeno, deuterio e trizio, richiede per fondersi relativamente poca energia, se comparata con l'energia risultante dalla fusione.
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.
Altre miscele di elementi sono realizzabili e, cosa non certo trascurabile, alcune di esse non emettono neutroni durante la fusione.
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).
Questi combustibili alternativi sono appunto chiamati combustibili aneutronici.
Comunque attualmente si guarda, come primo passo, al traguardo di un reattore a fusione alimentato a deuterio-trizio.
Utilizzo commerciale dei reattori a fusione
La fusione nucleare è vista da molti come la soluzione a lungo termine dei problemi energetici della Terra.
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 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.
Progetti
Sfortunatamente, malgrado l'ottimismo generatosi negli anni Cinquanta con la previsione di vedere realizzati nell'arco di pochi 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. Malgrado ciò le ricerche sono continuate malgrado notevoli le difficoltà sorte via via. Un grosso problema non risolto è quello di trovare un materiale in grado di resistere all'intenso flusso di neutroni che si genera nella reazione di fusione, flusso stimato essere 100 volte maggiore di quello prodotto dai reattori a fissione tipo PWR. Lo studio di tali materiali è attualmente (2005) ancora nelle sue fasi iniziali.
Questa situazione ha fatto si che intorno agli anni Novanta si sia dato molto risalto ad alcune notizie riguardanti la possibilità di ottenere la fusione nucleare a basse temperature, la cosiddetta fusione fredda. Ulteriori ricerche condotte da numerose università, anche italiane, non hanno però portato ad alcuna conferma delle notizie iniziali.
L'Unione Europea, si é aggiudicata la realizzazione del progetto ITER per sviluppare il primo reattore a fusione funzionante. La Francia ha battuto il Giappone nella corsa alla realizzazione del progetto, sostenuta dalla Russia, dalla Cina e dalla stessa UE. La sede prescelta sarà Cadarache, nel Sud del Paese.