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martedì 13 dicembre 2022 di 1532 Letture
Fusione nucleare: cos'è e quanto è importante il risultato ottenuto negli Stati Uniti

Fusione nucleare: cos'è e quanto è importante il risultato ottenuto negli Stati Uniti

Cos'è e come funziona la fusione nucleare. Quali sono le differenze con la fissione e quale traguardo è stato appena raggiunto a livello di laboratorio.

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e l'Amministrazione nazionale per la sicurezza nucleare USA hanno annunciato il 13 dicembre 2022 di aver raggiunto un primo storico traguardo che consentirà, in futuro, di produrre energia pulita usando processi di fusione nucleare.

Per raggiungere l'ambizioso obiettivo, gli scienziati hanno utilizzato la fusione a confinamento inerziale della quale parliamo più avanti realizzando con successo il loro esperimento presso il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), gestito dall'Università della California.

Cos'è la fusione nucleare

La fusione nucleare avviene quando due atomi si fondono per formare un singolo atomo di un elemento più pesante, un processo che porta al rilascio di un'enorme quantità di energia.

Sulle varie testate si legge che in laboratorio è stato possibile generare, in seguito al processo di fusione nucleare, più energia di quella che è stata immessa. In realtà la Legge della conservazione della massa (o della materia) suggerisce che "nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma" (Antoine-Laurent de Lavoisier, 1789). Albert Einstein, più di cent'anni dopo, riformulò la legge in altri termini giungendo alla formula E = mc2.

Ciò che succede nel caso della fusione nucleare è che le masse atomiche originali dei due atomi si combinano per formare un nuovo atomo con una massa leggermente inferiore rispetto alla somma delle masse atomiche originali. Questa perdita di massa viene convertita in energia nel rispetto della relazione tra l'energia e la massa di un sistema fisico individuata da Einstein.

Per fare in modo che la fusione nucleare si verifichi, è necessario raggiungere temperature estremamente elevate e applicare una forte pressione per mantenere i nuclei atomici.

Diversamente rispetto alla fissione nucleare, che produce notevoli (pericolose) scorie, la fusione nucleare viene considerata una fonte di energia pulita e potenzialmente illimitata in quanto gli elementi utilizzati, come deuterio e trizio, sono abbondanti sulla Terra.

All'atto pratico, tuttavia, la fusione nucleare si è sempre rivelata complessa da realizzare in modo efficiente e sicuro: secondo i ricercatori USA che hanno lavorato sull'esperimento di laboratorio, ci vorranno almeno 30 anni perché sia possibile sviluppare tecnologie in grado di controllare la fusione nucleare e sfruttarne l'energia in modo efficiente.

Fusione a confinamento inerziale

I ricercatori d'Oltreoceano hanno utilizzato la fusione a confinamento inerziale per generare temperature e pressioni estreme al fine di far scattare la fusione nucleare.

I nuclei atomici che devono essere fusi vengono rilegati in uno spazio chiuso e riscaldati fino a raggiungere temperature estremamente elevate.

Nell'esperimento concluso con successo, i nuclei atomici sono stati compressi utilizzando fasci di laser ad altissima energia. Si è fatto ricorso a una miscela di deuterio e trizio provocando quindi la liberazione di energia, 3,15 Megajoule contro i 2,05 Megajoule forniti. Questo passaggio è chiaramente indicato nella nota di LLNL.

Per raggiungere l'obiettivo e fissa la pietra miliare della quale si parla oggi, gli studiosi di LLNL hanno costruito una serie di sistemi laser sempre più potenti, portando alla creazione di NIF, il sistema laser più grande e potente al mondo.

NIF ha le dimensioni di uno stadio sportivo e utilizza potenti raggi laser per raggiungere temperature e livelli di pressione paragonabili a quelle che si rilevano nel nucleo delle stelle e dei pianeti giganti.

Va detto che, come peraltro spiegato in questo articolo (sempre di LLNL), a causa delle inefficienze del sistema i laser consumano all'incirca 330 MJ per caricarsi. L'energia viene immagazzinata in 3.840 condensatori ad alta tensione per 60 secondi prima di essere rilasciata in un "burst" di 400 microsecondi.

Gli attuali laser possono essere resi operativi, nella migliore delle ipotesi, solo una volta al giorno mentre in futuro dovrebbero "sparare" più volte al secondo.

Nonostante questi aspetti, l'esperimento rappresenta un enorme passo in avanti anche se il lavoro dovrà proseguire per decenni per arrivare a una soluzione valida sia dal punto di vista pratico che commerciale.

Differenza tra fissione e fusione nucleare

La fissione e la fusione nucleare sono due processi completamente diversi che avvengono all'interno dei nuclei atomici.

Nella fissione nucleare un atomo pesante viene spezzato in due atomi più piccoli rilasciando una quantità significativa di energia.

Nel caso della fusione nucleare, come abbiamo visto, due atomi si fondono insieme per formare un singolo atomo di un elemento più pesante, rilasciando una quantità enorme di energia.

Una delle principali differenze tra fissione e fusione nucleare è la quantità di energia rilasciata: la seconda permette di rilasciare una quantità di energia molto maggiore. Inoltre, la fissione utilizza elementi pesanti come uranio e plutonio mentre la fusione richiede elementi leggeri come deuterio e trizio. Com'è noto, la fissione produce scorie radioattive mentre nella seconda il sottoprodotto del processo è minimo e la fase di decadimento è rapida.

Il problema della fusione è che il processo è difficile da controllare e soltanto con il traguardo appena raggiunto, frutto di decenni di lavoro, si pensa al suo utilizzo pratico come fonte di energia.

Le immagini utilizzate come miniature dell'articolo sono state pubblicate da LLNL nella nota stampa del 13 dicembre 2022.


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