Fusione nucleare, la strada aperta in Usa: energia pulita tra alcuni decenni

Alle 10 di martedì 13 dicembre ora di Washington, ore 16 italiane, è arrivato l’annuncio ufficiale dal Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti: per la prima volta da una reazione di fusione nucleare controllata si è ottenuta più energia di quella che era servita per farla partire. Le voci sull’importante risultato erano cominciate a girare già alcuni giorni prima su testate come il Financial Times e il Washington Post e tutti lo hanno salutato come un fondamentale passo in avanti per ottenere una fonte di energia abbondante e pulita. La stessa Jennifer Granholm, segretaria per l’energia, durante la conferenza stampa ha affermato che “questa pietra miliare ci fa muovere un significativo passo avanti verso la possibilità di avere una energia abbondante e a zero emissioni per la nostra società”. E’ davvero così? Siamo vicini a risolvere i nostri problemi energetici? Meglio andare con i piedi di piombo.

Ma ricapitoliamo i fatti: l’esperimento in questione è stato eseguito al laboratorio Lawrence Livermore in California. Il laboratorio ha come principale obiettivo lo sviluppo di armi nucleari per il Governo degli Stati Uniti. Tra le numerose strutture contenute al suo interno c’è Il National Ignition Facility (NIF), un’installazione per la ricerca sulla fusione nucleare. La struttura, la cui costruzione è terminata nel 2009 ed è costata 3,5 miliardi di dollari, ha un ruolo importante nella ricerca sugli armamenti atomici perché riesce a mimare una esplosione nucleare senza bisogno di test come quelli svolti a partire dalla fine della Seconda guerra mondiale fino all’inizio degli anni Novanta in varie zone del pianeta. Tuttavia, successivamente, l’NIF si è ritagliato un ruolo anche nella ricerca sulla fusione da utilizzare per la produzione di energia civile.

La differenza (fondamentale) con la fissione

Diagramma della reazione esotermica D-T (deuterio-trizio) con la produzione di elio e l’emissione di energia (da Wikipedia)

La fusione nucleare è il processo inverso rispetto alla fissione nucleare, quella che viene utilizzata oggi negli impianti di produzione di energia. La fissione nucleare avviene infatti quando un nucleo pesante si rompe e viene diviso in due più leggeri, le cui masse (se sommate) non raggiungono la massa originaria dando origine a una emissione di energia. La fusione consiste invece nell’unione dei nuclei di due atomi leggeri che danno vita al nucleo di un nuovo elemento più pesante. In alcuni casi, la massa del nucleo finale è leggermente inferiore rispetto alla somma delle masse dei nuclei di partenza e, dato che “nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma”, la massa persa si trasforma in energia liberata.

La fusione nucleare è quella che avviene sul Sole e sulle stelle, ma già dagli anni Cinquanta del secolo scorso si è cominciato a pensare di sfruttare questo processo copiando quello che avviene in cielo per la produzione di energia qui sulla Terra perché in teoria sappiamo che questo processo può produrre un’enorme quantità di energia e nello stesso tempo dare origine a un atomo molto stabile e quindi a una produzione più sicura e pulita. Tuttavia, Il processo di fusione in un reattore richiede temperature altissime, fino a 150 milioni di gradi, contro i 15 milioni di gradi necessari per innescare la reazione di fusione in una stella. Moltissima energia. E’ per questo che nel 1989 fece scalpore l’annuncio di due scienziati americani, Fleishmann e Pons, che sostenevano di aver ottenuto una fusione a freddo, ovvero a basse energie. La notizia però si rivelò falsa e in effetti in tanti anni non si è mai riusciti ad ottenere un guadagno netto di energia, ovvero non si è mai riusciti a far sì che l’energia in uscita fosse di più di quella utilizzata per innescare la reazione nucleare. Almeno fino ad oggi. Nell’esperimento americano gli scienziati avrebbero utilizzato un’energia di 2.05 megajoules sul bersaglio e l’energia in uscita è risultata di 3,15 megajoules. Con un guadagno di 1,1 megajoules.

Il metodo utilizzato nel NIF è chiamato “a confinamento inerziale” e utilizza 192 giganteschi fasci di laser ad altissima energia per innescare reazioni di fusione dentro al reattore. L’altra tecnologia utilizzata è quella detta “a confinamento magnetico”. In questo caso vengono utilizzati reattori a forma di ciambella chiamati tokamaks entro i quali l’idrogeno è scaldato a temperature così elevate che gli elettroni vengono strappati via dai nuclei creando quello che si chiama “plasma”. Campi magnetici potentissimi tengono il plasma intrappolato all’interno del reattore e lì i nuclei si fondono rilasciando energia in forma di neutroni.

Il progetto cooperativo ITER che viene sviluppato in Francia

Questa tecnologia è utilizzata da diversi reattori tra cui ITER, un progetto internazionale cooperativo tra Unione Europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d’America, Corea del Sud e India. ITER è il progetto più avanzato al momento, in costruzione nel sud della Francia, però non è ancora il prototipo di centrale di produzione di energia elettrica ma solo una macchina sperimentale destinata a dimostrare di poter ottenere le condizioni di guadagno energetico necessarie. L’Italia è coinvolta nella progettazione e costruzione del sistema di sospensione magnetica, del sistema di riscaldamento e del condotto di scarico dell’elio. L’accensione è prevista per il 2025.

Il risultato americano è quindi senz’altro interessante, ma davvero siamo vicini a risolvere i nostri problemi energetici? Il New York Times risponde chiaramente: no. Anche se gli scienziati immaginano come generare una fusione in più grande scala, rimangono enormi problemi ingegneristici da risolvere. Nel caso del confinamento inerziale serviranno laser in grado di fare non uno sparo alla volta, ma diversi al secondo, con energie molto più alte dell’attuale. Inoltre il complesso dei laser occupa un edificio grande come tre campi di calcio: troppo grande e inefficiente per un impianto commerciale. I tempi saranno lunghi, lo ha detto anche Stefano Atzeni dell’Università La Sapienza di Roma intervistato dall’ANSA: “almeno una trentina di anni per entrambe le vie, perché restano ancora diverse sfide da superare”.