Fusione e fissione nucleare. Facciamo chiarezza

La ricerca per lo sviluppo della fusione nucleare ha come obiettivo quello di creare una tecnologia che produca energia elettrica economicamente competitiva, stabile e inesauribile: per molti scienziati (come la compianta Margherita Hack) l’unica fonte in grado di sostituire i combustibili fossili e raggiungere l’obiettivo della totale de carbonizzazione.

Come? Riproducendo la sorgente d’energia del sole e delle stelle, un procedimento che sta impegnando la comunità scientifica di tutto il mondo con i progetti internazionale di ITER, Broader Approach e DEMO e i ‘conseguenti’ come la macchina sperimentale DTT.

La fusione nucleare comporta un processo sicuro senza rischi e senza produrre scorie, opposto a quello della fissione (o scissione) nucleare.

La differenza

La differenza tra i 2 procedimenti ce le spiega l’ENEA.

Nella fusione l’energia “scaturisce dall’unione di due nuclei di elementi molto leggeri quali ad esempio l’idrogeno, e i prodotti della reazione sono un neutrone e un gas nobile ampiamente utilizzato nella vita quotidiana, l’elio”.

“Nella fissione, ovvero nel nucleare tradizionale, l’energia viene invece generata a seguito dell’urto fra un neutrone e i nuclei di atomi molto pesanti (fissili, quali l’uranio) che si rompono in frammenti più piccoli e producono rifiuti radioattivi che restano tali per decine di migliaia di anni”.

“L’assenza di residui radioattivi a lunga vita esclude la possibilità di incidenti che coinvolgano la popolazione ed eventuali criticità future – prosegue l’ENEA – .

L’unico materiale radioattivo è all’interno della camera di reazione che non ha contatti con l’esterno. Inoltre, la fusione non produce gas serra ed è quindi una tecnologia che supporta il contrasto al cambiamento climatico e il raggiungimento degli obiettivi di riduzione.

Si tratta inoltre di una fonte praticamente inesauribile, data l’estrema abbondanza della materia prima utilizzata: l’acqua.

Per questi motivi è possibile affermare che la fusione costituisce un processo intrinsecamente sicuro, pulito e inesauribile. La ricerca sulla fusione, inoltre, ha portato allo sviluppo di tecnologie innovative applicabili nel campo della salute, dei materiali hi-tech e della difesa del territorio.

Fra i vantaggi della fusione l’ENEA rimarca:

abbondanza ed economicità dei combustibili, facilità di estrazione, distribuzione geografica omogenea
assenza di scorie
rispetto dell’ambiente e zero impatto da estrazione dei combustibili • assenza di emissioni di gas a effetto serra
sicurezza intrinseca
sviluppo di tecnologie innovative applicabili in numerosi campi.

Come avviene la fusione

Ad oggi per riprodurre il meccanismo che accende gli astri, la ricerca scientifica utilizza una macchina denominata tokamak, di forma toroidale, caratterizzata da un involucro cavo, con all’interno un’apposita ‘camera di reazione’ rivestita da un mantello costituito da contenitori di litio, un metallo presente in abbondanza sulla terra. Fra le diverse configurazioni magnetiche studiate (stellarator, tokamak, ecc.) il tokamak si è dimostrato la soluzione tecnologica più efficace per la sua stabilità e capacità di assicurare i lunghi tempi di confinamento necessari a mantenere il plasma in condizioni di temperatura e densità sufficientemente lunghe per farle collidere e fondersi.

La reazione di fusione viene riprodotta all’interno del tokamak utilizzando il litio presente nel rivestimento, il deuterio, un isotopo dell’idrogeno di cui è ricca l’acqua di mare (30 g/m3) e il trizio, generato direttamente all’interno del tokamak, in un ciclo chiuso. Deuterio e trizio vengono immessi nella camera di reazione e portati a temperature di 200 milioni di gradi, oltre dieci volte l’interno del sole, trasformandosi in un composto di particelle cariche separate, nuclei ed elettroni, ovvero in plasma. Per arrivare a questo risultato si impiegano sistemi altamente sofisticati, basati sull’uso di onde elettromagnetiche o di fasci di particelle neutre.

Per evitare che le particelle di plasma si muovano disordinatamente, urtando e danneggiando le pareti, perdendo energia preziosa e inibendo la reazione di fusione, intorno alla camera di reazione all’interno del tokamak vengono collocati grandi magneti che devono produrre campi magnetici in grado di ‘confinare’ il plasma.

La produzione di energia elettrica avviene attraverso i neutroni generati dall’unione fra il deuterio e il trizio: l’energia dei neutroni viene depositata all’interno del mantello della camera di reazione dove si trasforma in vapore che alimenta una gigantesca turbina per produrre energia elettrica.

L’elio che residua nei diversi passaggi del processo è smaltito senza problemi. La caratteristica fusione è la capacità di autosostenersi grazie all’energia prodotta nella fusione stessa; tuttavia, il processo va costantemente alimentato iniettando gas di deuterio e trizio nella camera di reazione e rimuovendo l’elio prodotto. Infatti, se l’iniezione cessa, la reazione si spegne immediatamente. Da qui l’intrinseca sicurezza del sistema” (fonte: ENEA)

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