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Fusione nucleare: il problema dell'energia e la miopia dei governi

La fusione nucleare ci offre la possibilità di poter disporre di una illimitata fonte di energia. Essa consiste appunto nella fusione nucleare dei nuclei leggeri, gli isotopi dell'Idrogeno. Il processo è simile a quello che avviene nel sole e nelle altre stelle. Quando due nuclei atomici sono forzati a stare molto vicini, la forza nucleare di attrazione supera la forza di repulsione ( la forza di Coulomb) e i due nuclei si fondono in un unico nucleo. Fondendo insieme i nuclei di un atomo di Deuterio e uno di Trizio viene prodotto un nucleo di un atomo di Elio e un neutrone. La massa totale dei prodotti della reazione è minore di quella dei reagenti. Precisamente per ogni reazione viene liberata una quantità di energia di 17,6 MeV, che è l'esatto corrispondente della massa che è diminuita (E=mc2) nella reazione di fusione tra Deuterio e Trizio.

Una fonte di energia inesauribile, sicura, non inquinante.

La fusione nucleare e' destinata a risolvere i problemi energetici che oggi affliggono l'umanità. In un litro di acqua di mare sono facilmente estraibili 33 mg di Deuterio, il Trizio si puo ricavare invece dal Litio (un metallo largamente disponibile sulla crosta terrestre). Il Litio attualmente è usato anche per le batterie che alimentano i computer portatili e i telefoni mobili. Fondendo in un reattore a fusione nucleare 33 mg di Deuterio ricavati da un litro di acqua di mare con 50 mg di Trizio, facilmente ottenibile da 5 grammi di minerale di Litio, si produce una energia equivalente alla combustione di 360 litri di benzina. Come si vede il combustibile necessario per la fusione nucleare e' di facile reperibilità e estrazione e disponibile sulla terra in quantità tali da garantire la produzione di energia ncessaria all'umanità per milioni di anni. I reattori a fusione nucleare inoltre hanno anche notevoli vantaggi per quanto riguarda la sicurezza, l'inquinamento e lo smaltimento delle scorie. Il 90% delle scorie della fusione nucleare hanno una bassa radioattività che si esaurisce in soli cento anni. Si elimina quindi anche il problema sociale e politico dello stoccaggio. Rimane il fatto che la reazione D-T produce un neutrone con più di ¾ dell'energia emessa che dal nocciolo del reattore arriva al "mantello " (blanket) producendo una certa quantità di sostanze radioattive. Uno dei principali elementi della reazione di fusione e' infatti il Trizio, che ha una vita media di solo 12,36 anni. Il Trizio non si trova in quantita' apprezzabili in natura, deve essere quindi prodotto a partire dal Litio pombardandolo proprio con i neutroni della reazione di fusione. Nel futuro reattore a fusione i neutroni che provengono dalla reazione di fusione, che avviene nel nocciolo del reattore, vengono assorbiti da un mantello contenente Litio posto intorno al nocciolo del reattore stesso. E' nel mantello che il Litio si trasforma in Trizio ed Elio. E' dal mantello del reattore che poi si estrae il Trizio che verra' usato come combustibile per la reazione di fusione . Il Litio naturale (di composizione 92.5% Li7, 7.5% Li6) abbonda nelle rocce della crosta terrestre (30 parti su un milione per unità di peso) ed è presente, in concentrazione minore, anche negli oceani. I reattori a fusione inoltre non producono Plutonio e sono molto ridotte anche le conseguenze di eventuali incidenti. In caso di guasto, il reattore a fusione tenderà a raffreddarsi arrestando spontaneamente la reazione di fusione nucleare (sicurezza intrinseca). Il problema dell'ingnizione della reazione di fusione. La natura pone però un serio ostacolo allo sfruttamento di questa fonte di energia. Per poter forzare i nuclei di Deuterio e Trizio a stare sufficientemenet vicini così che possa avvenire la reazione di fusione occore che si arrivi a temperature molto alte, 100.000.000 °C e oltre, la temperatura del sole e delle stelle. A quelle temperature gli elettroni si separano dai nuclei e si ottiene uno stato della materia chiamato plasma in cui i nuclei carichi positivamente e gli elettroni carichi negativamente ineteragiscono in modo collettivo. Per poter sfruttare la reazione di fusione per produrre energia elettrica occorre inoltre che la reazione di fusione avvenga in moto tale che sia prodotta abbastanza energia non solo per innescare la reazione di altri nuclei e quindi mantenerla ma che ci sia anche una energia netta da trasformare poi in energia elettrica con un impianto di generazione, praticamente convenzionale, con un rendimento che sappiamo non supera il 40%. Per questo è necessario che il plasma dei nuclei di Deuterio e Trizio oltre alla alta temperatura che abbiamo prima menzionato abbia anche una certa densità e inoltre deve rimanere confinato per un certo tempo a quella temperatura e densità affinchè la reazione di fusione si possa mantenere. Queste condizioni si possono raggiungere in un plasma denso ed ad alta energia praticamente in due modi: uno utilizza la forza magnetica, l'altro utilizza la forza inerziale.

Storia e prospettive

All’inizio degli anni ottanta i tecnici e gli scienziati erano sicuri che si sarebbe dovuti arrivare a costruire un reattore a fusione nucleare per produrre energia elettrica già intorno al 2000. Ciò non è ancora avvento, perché?. Dopo la generazione di grandi tokamak entrati in funzione nella prima metà degli anni '80 (il JET dell'Unione Europea, il TFTR negli USA e JT-60 in Giappone), avrebbe dovuto esserci una nuova generazione di macchine, con prestazioni superiori . Questo però non si è verificato principalmente a causa del fatto che gli aumenti di prestazioni corrispondono anche a macchine sempre più grandi e costose. Ci si è infine orientati per un'unica macchina di nuova generazione, frutto di una collaborazione internazionale (inizialmente tra UE, USA, Giappone e Russia, oggi ci sono anche Cina, Corea del Sud e l'India), chiamata ITER che e' attualmente in costruzione a Cadrache (Francia). La progettazione di ITER si concluse nel 1998. A quel punto i politici decisero che il costo era troppo elevato. In particolare, gli USA abbandonarono il progetto. A questa impasse è seguita una revisione del progetto, che ha portato ad un abbassamento dei costi, abbassando però anche le prestazioni dell'esperimento. Mentre il vecchio ITER avrebbe dovuto raggiungere l'ignizione, ovvero una condizione in cui, dopo una fase iniziale di riscaldamento, il plasma si autosostiene senza contributi energetici esterni, si optò per un progetto dal costo dimezzato in grado di raggiungere un Q compreso tra 5 e 10 (Q è il rapporto tra energia prodotta dalle reazioni di fusione ed energia immessa nel plasma per riscaldarlo; Q= infinito sarebbe la condizione di ignizione) la condizione che sarà raggiunta dal’ ITER è insufficiente per una effettiva produzione netta di energia elettrica da destinarsi al consumo. E’ infatti semplicemente un reattore di ricerca. Va ribadito che progettare l'ITER con queste basse prestazioni è stata una scelta politica, non scientifica. Una macchina che possa raggiungere l'ignizione (Q = infinito) è un traguardo perfettamente raggiungibile allo stato attuale delle conoscenze. La costruzione di ITER durerà 8 anni, a cui seguiranno una decina d'anni di utilizzo. A quel punto si “prevede” che inizierà la costruzione di una nuova macchinam "DEMO", il primo vero reattore a fusione che potra' essere connesso alla rete elettrica. Come si vede, stando così le cose, i tempi si sono ulteriormente allungati. Sarebbe possibile accelerare i tempi? E' chiaro che sarebbe sempre possibile varare un "programma d'urto" internazionale, tipo progetto Manhattan, per avere la fusione in tempi molto più rapidi, ma occorre un impegno di risorse che al momento nessuno governo sembra disposto ad affrontare. Basti ricordare che il Congresso americano ha negato i finaziamenti all'ITER che pure il governo aveva stanziato per il 2008. Notiamo inoltre che il costo di ITER è elevato, ma non poi così tanto, specie se si tiene conto del numero di partner. Si stima di spendere 360 milioni di $ all'anno per i nove anni di costruzione, e 188 milioni di $ all'anno per i dieci anni di utilizzo, da suddividersi tra tutti i maggiori paesi industrializzati. Basta paragonarli ai 15 miliardi di Euro previsti per il traforo TAV della Val di Susa, o ai 4,6 miliardi di Euro per il ponte sullo Stretto di Messina, a carico della sola Italia. Profeticamente, uno dei grandi pionieri russi della fusione nucleare disse: "Noi non sfrutteremo il potenziale della fusione nucleare fino a quando non diventera' una necessità".

http://fusione.altervista.org