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Energia del futuro, cosa e cosa c’è da sapere sulla fusione nucleare

DiRed Viper News Manager

Apr 14, 2021

In un bell’articolo apparso su Il Riformista il 4 aprile scorso, Umberto Minopoli ha esposto l’importanza, le caratteristiche e i tempi (presunti) di costruzione dei nuovi reattori nucleari a fusione. Questo vorrebbe essere idealmente il seguito di quell’articolo. Minopoli si è attenuto alla regola aurea del giornalismo, quella delle cinque W: Why, Where, Who, What, When? Io, che giornalista non sono, tenterò una sesta via, quella dell’H: How? Ricapitoliamo in breve la questione, a beneficio dei lettori.

Le fonti tradizionali di produzione di energia sono una delle cause principali delle emissioni di gas (“serra”) che alterano il clima del pianeta. Che si tratti di carbone, petrolio o, in misura minore, gas naturale, tutto ciò che brucia per mettere in moto le turbine per la produzione di energia elettrica, ha come effetto collaterale il rilascio di anidride carbonica, il più abbondante dei gas serra, a cui si devono le alterazioni climatiche. Ergo, al bando quanto prima possibile questi modi arcaici di approvvigionamento dell’energia e campo libero alle fonti di energia rinnovabili, fotovoltaiche, eoliche, geotermiche e idroelettriche. Purtroppo però, solo una frazione del fabbisogno energetico può attualmente essere soddisfatto dalle fonti rinnovabili. Serve una tecnologia che possa sfruttare l’enorme riserva di energia contenuta nel cuore degli atomi, cioè l’energia nucleare. Da qui in poi, in maniera rozza e sbrigativa, ma anche difficilmente confutabile, farò riferimento a due modi di utilizzare l’energia nucleare, quello cattivo e quello buono. Tra poco giustificherò questi appellativi, ma prima devo ricordare di cosa parliamo, quando parliamo di energia nucleare. Solo poche righe per rinfrescare la memoria.

L’atomo, per definizione, è ciò che non si può tagliare o scindere, dal greco antico a-tomos. Tutto ciò che ci circonda è formato da atomi, cioè da un centinaio di tipi diversi di mattoncini di Lego microscopici. Unendo vari tipi di atomi (detti anche elementi chimici), cioè attaccando i mattoncini, si può costruire ogni cosa. L’acqua? Mattoncini numero 1 (idrogeno) e mattoncini numero 8 (ossigeno) danno l’acqua. Aggiungendo un po’ di mattoncini numero 6 (carbonio) avete i costituenti delle pagine del Riformista. Aggiungetene ancora di qualche altro tipo e avrete… voi e me. Quindi gli atomi sono i componenti fondamentali di ogni cosa e sono mattoncini che non si possono tagliare. Fino a qui sembra procedere tutto bene, ma ecco subito un intoppo. Proviamo a ingrandire un atomo, con un ipotetico super microscopio, e ci accorgeremo che non si tratta affatto di blocchetti compatti come i mattoncini del Lego. Un atomo ha una sua struttura interna che ricorda grossolanamente il sistema solare. Ha un nocciolo centrale, il nucleo, che sta al centro come il Sole, o come un satrapo orientale, e corpuscoli che gli ruotano intorno (elettroni), come pianeti o come cortigiani. E questi elettroni possono essere allontanati dal nucleo, che in tal caso resta nudo.

Quindi, prima sorpresa, l’atomo si può scindere in varie parti, gli elettroni da un lato e il nucleo dall’altro. Perciò un atomo è a-tomo, ovvero ciò che non si può dividere, per modo di dire? Sì, proprio così, solo per modo di dire. Ma il nome era bello ed evocativo e inoltre chimici e fisici erano abituati a chiamarlo così. Le abitudini si sa, anche quelle sbagliate, sono dure a morire e allora glielo hanno lasciato anche quando si sono accorti che non era vero. Dunque, una volta tolto lo sciame leggero degli elettroni, il nucleo rimane isolato. Ci si potrebbe domandare: ma almeno il nucleo è davvero a-tomo, cioè non suscettibile di essere ulteriormente diviso? Macché, non è un tipo tutto d’un pezzo neanche quello. Si può frammentare a sua volta o, come si dice in gergo, può essere sottoposto a fissione. Mmhhh, fissione nucleare… Vi suona familiare? Probabilmente sì, la fissione nucleare è quella su cui si basano i reattori attualmente esistenti. Tutti i reattori in funzione nel mondo sono del tipo a fissione.

Infatti, quando si spezza il nucleo di un atomo pesante, ad esempio l’uranio, si libera tanta, ma tanta energia. La stessa che ha distrutto Hiroshima e Nagasaki, bombe a fissione. Quella prodotta dalla fissione è l’energia nucleare che prima ho definito cattiva. Perché? Ripensate a Chernobyl e Fukushima, al problema delle scorie che in Italia siamo lontani dall’aver risolto e ai costi esorbitanti di smantellamento di una centrale. Smantellare una centrale costa approssimativamente quanto costruirla. Come se per rottamare la vostra Ferrari dopo 20 anni, il demolitore vi chiedesse 100mila euro. Se volete dare una rinfrescata all’argomento, eccovi serviti. La regola perciò è che, se si spezzano nuclei pesanti, si ottiene energia. E se i nuclei sono leggeri? Il contrario, si ottiene energia unendoli. Come si definisce “unire i nuclei” in gergo fisico? Fonderli. E quindi, unendo nuclei di atomi leggeri si ottiene… proprio così, la fusione nucleare. Ci siamo arrivati finalmente. Signore e signori, questa è la fusione nucleare. Avrei potuto sicuramente sorvolare sui particolari e arrivare prima al punto, ma mi premeva che il lettore interessato potesse avere un’idea ben definita di un argomento di cui si sentirà parlare sempre più spesso.

La fusione è l’energia nucleare buona. Perché buona? Primo perché si ottiene usando non metalli rari, ma acqua, o meglio l’idrogeno (e atomi con nuclei analoghi all’idrogeno) contenuti nell’acqua. Secondo perché, se un reattore a fusione diventa instabile per qualche motivo, si spegne, invece di esplodere. Un altro bel vantaggio… Terzo, perché non si producono scorie radioattive come residuo del processo di produzione dell’energia nucleare. Insomma sembrerebbe una vera cuccagna. E lo sarebbe, se non per un particolare. L’energia nucleare di fusione è quella che alimenta il sole e l’altre stelle. E non a caso perché, per innescare la fusione nucleare, serve una massa enorme che comprima i nuclei. Infatti i nuclei non ci pensano nemmeno ad avvicinarsi gli uni agli altri, in quanto dotati della stessa carica elettrica, e anzi si respingono tenacemente. Invece, per fonderli, bisogna avvicinarli fino al punto di unirli. Solo allora si decideranno a rilasciare la tanto sospirata energia nucleare di fusione.

C’è un modo semplice per capire, almeno approssimativamente, come si può raggiungere la fusione nucleare? Io penso di sì e ve lo propongo. Immaginiamo di fissare l’attenzione su un nucleo. Dal suo punto di vista, siccome i nuclei si respingono, non riuscirà ad avvicinarsi agli altri nuclei, che si allontaneranno se lui tenta di accostarsi. Cosa vi ricorda? Qual è quel gioco in cui un giocatore tenta di acchiappare gli altri che scappano? Sì, la moscacieca.
Un reattore nucleare funziona sullo stesso principio della moscacieca. Allora domandiamoci: “come si può aiutare il bambino bendato (cioè il nucleo preso come riferimento, a catturare gli altri bambini (gli altri nuclei)”?

Primo, aumentando il numero dei giocatori. Più giocatori ci sono e più è probabile catturarne uno. Secondo, riducendo il campo di gioco. Meno spazio corrisponde a minore possibilità di fuga. In fisica, aggiungere delle particelle e diminuire lo spazio in cui tali particelle si posso spostare equivale ad aumentare la densità. Quindi, in un reattore nucleare a fusione bisogna aumentare tanto quanto possibile la densità dei nuclei che si vogliono fondere. Il che non è semplice, perché i nuclei -come detto- si respingono e devono essere confinati efficacemente dentro al reattore.
Poi che altro consiglio si può dare al bambino bendato per acchiappare i compagni? Di correre, naturalmente. Più si muove velocemente, più sarà difficile per gli altri schivarlo. In fisica il parametro che definisce la velocità delle particelle e, in questo caso, dei nuclei, è la temperatura. Perciò, in terzo luogo, la fusione sarà tanto più efficace quanto maggiore è la temperatura a cui si scaldano i nuclei. Infatti l’appellativo che si da a questo tipo di reattori a fusione è “termonucleari”. Probabilmente l’avrete sentiti chiamare così.

Le temperature di esercizio, affinché la fusione sia efficiente e si riesca a ottenere dal reattore più energia di quella che occorre per riscaldarlo, sono davvero alte. Si parla di 150 milioni di gradi, dieci volte di più del centro del sole! Capite bene che qualunque materiale con cui si volesse costruire la camera di fusione del reattore sarebbe immediatamente vaporizzato. Saranno perciò necessari sistemi di contenimento più sofisticati, come campi magnetici intensissimi e altre diavolerie del genere, che richiederanno molto molto tempo per essere collaudati. Ecco ora sapete come si fa la fusione termonucleare e quali ostacoli ancora si frappongono. Non equivale sicuramente a una laurea in Fisica Nucleare, ma credetemi. È molto più di quanto vi spiegheranno, quando dovrete dichiarare se siete favorevoli o contrari…

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