La fusione nucleare è il processo fisico fondamentale che alimenta il Sole e le altre stelle, mediante il quale due nuclei atomici leggeri si uniscono per formarne uno più pesante, rilasciando enormi quantità di energia. A differenza della fissione nucleare, che spezza gli atomi pesanti generando scorie radioattive a lunga vita, la fusione sfrutta isotopi dell’idrogeno (deuterio e trizio) per produrre elio e neutroni, offrendo un potenziale energetico quasi illimitato e privo di emissioni di carbonio. Secondo l’International Atomic Energy Agency (IAEA), questa reazione genera quattro volte più energia per chilogrammo di combustibile rispetto alla fissione e quasi quattro milioni di volte più energia rispetto alla combustione di petrolio o carbone.
In Sintesi
- Processo: Unione di nuclei leggeri (Deuterio + Trizio) in elio.
- Output: Energia termica massiccia ($E=mc^2$) senza CO2.
- Sicurezza: Nessun rischio di meltdown (fusione del nocciolo) incontrollato.
- Stato: Dimostrata l’ignizione (net gain), ma la commercializzazione richiede ancora sviluppo ingegneristico.
Cos’è la fusione nucleare e i principi fisici
Per comprendere appieno questa tecnologia, è necessario analizzare la fisica del plasma. Affinché la fusione nucleare avvenga sulla Terra, gli isotopi di idrogeno devono essere riscaldati a temperature superiori ai 100 milioni di gradi Celsius. In queste condizioni estreme, la materia passa dallo stato gassoso allo stato di plasma (il quarto stato della materia), dove gli elettroni si separano dai nuclei atomici.
I nuclei, essendo entrambi carichi positivamente, tendono a respingersi a causa della forza elettrostatica. Solo temperature e pressioni elevatissime permettono loro di superare questa barriera (Barriera di Coulomb) e avvicinarsi a sufficienza affinché la forza nucleare forte prevalga, fondendoli insieme e liberando energia cinetica.
Il funzionamento della fusione nucleare: i metodi di confinamento
Poiché nessun materiale solido può contenere un plasma a 100 milioni di gradi, gli scienziati utilizzano due metodi principali per “confinare” la reazione. Il successo della fusione nucleare su scala industriale dipende dall’ottimizzazione di queste tecniche.
- Confinamento Magnetico (MFE): Utilizza potenti campi magnetici per sospendere il plasma all’interno di una camera a vuoto, tipicamente di forma toroidale (a ciambella) chiamata Tokamak. Questo è l’approccio utilizzato dal progetto internazionale ITER in Francia. I magneti superconduttori impediscono al plasma caldo di toccare le pareti del reattore.
- Confinamento Inerziale (IFE): Utilizza potenti laser o fasci di particelle per comprimere e riscaldare una piccola capsula di combustibile (target) in pochi nanosecondi. La rapida implosione crea le condizioni di densità e temperatura per l’ignizione. Questo metodo è stato utilizzato dalla National Ignition Facility (LLNL) negli USA per ottenere il primo guadagno netto di energia nel 2022.
Vantaggi strategici e il progetto ITER
L’interesse globale verso questa tecnologia deriva dai suoi vantaggi strutturali rispetto alle fonti attuali. In primis, l’abbondanza di combustibile: il deuterio può essere estratto dall’acqua di mare, mentre il trizio può essere prodotto in loco (breeding) durante la reazione stessa.
In termini di sicurezza, il processo è intrinsecamente sicuro. Una reazione di fusione è difficile da mantenere; qualsiasi perturbazione o guasto tecnico provoca l’immediato raffreddamento del plasma e l’arresto del processo, eliminando il rischio di incidenti catastrofici simili a Chernobyl o Fukushima. Inoltre, non produce scorie radioattive ad alta attività che richiedono stoccaggio geologico per millenni. Attualmente, il consorzio ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) rappresenta lo sforzo ingegneristico più complesso della storia umana, con l’obiettivo di dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione come fonte di energia su larga scala entro i prossimi decenni.
