La fusione nucleare

DA OLTRE SETTANT’ANNI LA FUSIONE DI NUCLEI LEGGERI, CON LA STRAORDINARIA PROMESSA DI ENERGIA ILLIMITATA
A COSTO DEL COMBUSTIBILE QUASI ZERO, È L’OBIETTIVO
DI IMPORTANTI SFORZI DI RICERCA IN TUTTO IL MONDO.
ECCO LE NOVITÀ E LE RADICALI INNOVAZIONI

Da circa un lustro la ricerca sulla fusione nucleare sta vivendo un imprevisto forte sviluppo, anche con originali e coraggiose iniziative a finanziamento privato: un deciso cambiamento rispetto agli anni precedenti, centrati sulla realizzazione del gigantesco reattore sperimentale ITER, peraltro non ancora entrato in funzione.[...]

A diffondere la sensazione che i tempi sono finalmente diventati maturi ha contribuito anche un recente annuncio del Governo USA: il 5 dicembre 2022 al National Ignition Facility per la prima volta al mondo è stata realizzata una fusione nucleare con rilascio di energia maggiore dell’energia di compressione necessaria per innescarla. La fusione nucleare di nuclei leggeri, con la straordinaria promessa di energia illimitata a costo del combustibile quasi zero, è da oltre settant’anni l’obiettivo di importanti sforzi di ricerca in tutto il mondo.

Il principio fisico è ben noto: il differenziale di massa Δm (pari alla somma delle masse dei componenti da fondere meno la somma delle masse dei componenti risultanti dalla fusione) determina una grande quantità di energia, in base alla einsteiniana E = Δm c². Di quanto sia imponente l’energia rilasciata nella fusione può essere indicativo il dato seguente: la fusione completa di 1 kg di una miscela di deuterio e trizio produrrebbe il rilascio di una energia termica pari a 8 milioni di kg di benzina.[...]

Le rese energetiche di reazione sono indicate in MeV (1 MeV = 1,6 x 10^-13 Joule). Al riguardo possono essere utili i seguenti dati. L’isotopo 2 dell’idrogeno, il deuterio, ha un’abbondanza isotopica dello 0,015 per cento
ed è ottenibile dall’acqua a costi molto modesti. L’isotopo 3 dell’idrogeno, il trizio, non è praticamente reperibile in natura; deve essere prodotto mediante reazione nucleare. Le due reazioni più convenienti sono la D + n → T (che avviene nei reattori a fissione moderati ad acqua pesante) e la Li⁶ + n → T + He⁴ (che si pensa di utilizzare nei reattori a fusione).

Il trizio è un materiale radioattivo: decade a He³ con decadimento ß- ed emivita di 12,32 anni. L’isotopo 3 dell’elio (He³), pur essendo stabile, è sulla Terra estremamente raro (la sua concentrazione nell’elio naturale è di 1,34 parti per milione). Si ritiene invece che sia assai più abbondante sul suolo lunare (prodotto nei miliardi di anni dal vento solare). Viene ottenuto dal decadimento naturale del trizio (una produzione costosa). L’isotopo 11 del boro (B¹¹) costituisce l’80,1 per cento del boro naturale (l’altro isotopo stabile è il boro 10). [...]

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