La fusione nucleare è possibile, ma resta ancora una promessa. Ecco perché

Nel corso di questi mesi abbiamo riportato di risultati eccezionali da parte dei laboratori di tutto il mondo per quanto riguarda la ricerca sulla fusione nucleare, ma la possibilità di ottenere energia pulita illimitata resta ancora una chimera (sapete come funziona la tecnologia vehicle-to-grid?).

Perché? Prima di rispondere, partiamo dall’inizio. La fusione nucleare differisce dalla fissione (la reazione attualmente in uso nelle centrali nucleari) in quanto sfrutta il processo inverso, ovvero fa scontrare nuclei di atomi leggeri (come l’idrogeno) per unirli e creare atomi più pesanti, che è concettualmente come funzionano le stelle come il Sole. 

La reazione è incredibilmente energetica, in quanto il nucleo finale non è esattamente la somma delle masse dei due nuclei iniziali, ma una parte della massa è convertita in energia. Inoltre non produce scorie radioattive, non richiede l’utilizzo di materiali pericolosi come l’uranio e non presenta il rischio di reazioni a catena.

Il problema? Che ci vuole tantissima energia per vincere la repulsione elettromagnetica necessaria a far scontrare gli atomi, ma da dicembre 2022 i laboratori che lavorano a queste ricerche hanno riportato sempre più successi.

Negli Stati Uniti il NIF (National Ignition Facility) è riuscito per ben quattro volte a ottenere l’ignizione, il fenomeno per cui si produce più energia di quella immessa, e solo pochi giorni fa il JET (Joint European Torus) di Oxford ha realizzato un nuovo record, producendo 69 megajoule di energia. La notizia è estremamente promettente, soprattutto perché in Francia si sta costruendo il suo successore, ITER, più grande e potenzialmente in grado di fornire risultati ancora più impressionanti. 

Annie Kritcher, una fisica che lavora al Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e ha pubblicato solo pochi giorni fa un articolo su Physical Review Letters a proposito del risultato ottenuto al NIF a dicembre 2022, ha dichiarato come l’esperimento abbia “dimostrato che non c’è nulla che ci limiti fondamentalmente dall’essere in grado di sfruttare la fusione in laboratorio“.

C’è però un problema: questi progetti restano esperimenti per dimostrare che la fusione nucleare sia possibile, ma da qui a costruire un reattore in grado di produrre energia per le nostre case saranno necessari ancora decenni.

Gli ostacoli che ci separano da questo risultato sono enormi. Come abbiamo detto, c’è il problema dell’energia, e per affrontarlo i diversi laboratori approcciano la questione con tecniche differenti. 

Al NIF si utilizza una tecnica chiamata fusione a confinamento inerziale, che utilizza una struttura chiamata hohlraum, un cilindro perfettamente simmetrico che deve essere colpito da laser estremamente potenti. Quando i laser colpiscono l’esterno di questa capsula, la loro energia viene convertita in raggi X che poi fanno esplodere il pellet di combustibile, che consiste in un guscio esterno di diamante rivestito all’interno con deuterio e trizio.

La difficoltà è assicurarsi che l’hohlraum sia perfettamente simmetrico, e che i laser colpiscano in maniera adeguata la superficie senza disperdersi.

Come se non bastasse, non appena il laser colpisce il cilindro, viene emesso un pennacchio di plasma che interferisce con il fascio di luce.

Ecco perché è così difficile riprodurre l’esperimento, senza considerare che ogni pellet costa circa 100.000 dollari e nel computo dell’energia, quando si parla di ignizione, non si considera l’energia elettrica necessaria per alimentare i laser, che è 100 volte quella prodotta dalla reazione stessa. Ecco perché ci vogliono mesi per preparare un esperimento che dura nanosecondi.

Proprio pochi giorni fa i ricercatori del Laboratory for Laser Energetics dell’Università di Rochester hanno pubblicato su Nature Physics un articolo in cui mostrano un sistema di fusione a confinamento inerziale delle dimensioni di un centesimo di quelle del NIF, il che sembra promettente.

 Gli scienziati di Rochester hanno completato diversi tentativi, sparando 28 kilojoule di laser, causando l’implosione delle capsule e la produzione di un plasma abbastanza caldo da avviare reazioni di fusione tra i nuclei del combustibile.

Gli esperimenti hanno causato reazioni di fusione che hanno prodotto più energia della quantità di energia nel plasma caldo centrale, ma la scala del progetto non ha ancora superato il livello di un mero esperimento. 

Parlavamo poi del JET, e del prossimo ITER. In questo caso le sfide sono diverse, ma non meno complicate, in quanto si sfrutta un sistema chiamato tokamak, ovvero un reattore a forma di ciambella, che serve da confinamento magnetico per mantenere il plasma, che arriva a 150 milioni di gradi.

Se il JET è in fase di dismissione, ITER è in fase di costruzione, ma sarà solo la prossima fase di un processo che vede le centrali nucleari a fusione ancora di là da venire. ed è già in ritardo di diversi anni, con un aumento di costi da 5 miliardi a 20 miliardi di euro. 

Nondimeno, gli scienziati credono che la fusione sia sulla strada giusta, e sono convinti che se riusciranno a superare le difficoltà tecniche attuali potranno ottenere i risultati sperati.