“REALIZZARE LA FUSIONE NUCLEARE: EQUIVALE AL TRASPORTARE IL SOLE SULLA TERRA”

Einstein e l'energia nucleare © Giuffrida Farina

La fusione termonucleare (coppia di termini maggiormente significativa rispetto al binomio “fusione nucleare”) è l’evoluzione di un fenomeno nel corso del quale due nuclei A e B, sono ”scagliati” l’un contro l’altro con elevatissimi valori di velocità V(A) e V(B) ad essi consentente di vincere la repulsione elettrostatica scaturente dalle loro cariche positive (cariche dello stesso segno si respingono); essi si uniscono, “si fondono”, formando un singolo nucleo C che risulta avere meno massa (dunque lievemente meno pesante) della somma m(A)+m(B)  dei valori di massa m(A) ed m(B) dei nuclei originari. Come si traduce tale “leggerezza”, cosa accade al residuo di massa che non ha partecipato alla conversione? Dunque, per inquadrare il concetto: l’unità di misura “infinitesima non visualizzabile” si chiama unità di massa atomica “u.m.a.”, ed è associabile alla unità di misura “Kilogrammo, unità finita e visualizzabile” che abitualmente trattiamo;se considerassimo,in una ordinaria reazione chimica,esempio,la formazione di acqua da idrogeno e ossigeno:massa dei reagenti pari a 11 grammi di Idrogeno e 89 grammi di Ossigeno, l’unione di idrogeno e ossigeno per la formazione di un singolo componente (acqua) fornirebbe la massa di quest’ultimo: m(acqua)=100 grammi, ovvero massa dei reagenti uguale alla massa dei prodotti. Questo non accade nelle reazioni nucleari. Nel senso che dalla iniziale coppia:m(A)=11 u.m.a. e m(B)=89 u.m.a. non si ottiene m(C)=100 u.m.a interagendo “nuclearmente” A e B, bensì risulta un valore inferiore, m(C)=98 u.m.a. Ma quelle 2 u.m.a. mancanti,” che tragitto han percorso”? Quelle 2 u.m.a. scomparse, si sono trasformate? Certo, si sono convertite in fascio di energia, fascio energetico emesso sotto forma di radiazione “raggi gamma”. Per innescare il processo di fusione termonucleare, ovvero per realizzare i valori di velocità V(A) e V(B) indispensabili ai nuclei A e B per unirsi e formare il nucleo C, occorrono altissime temperature, dell’ordine di centinaia di milioni di gradi centigradi; essendo associati, all’evento di fusione, tali abnormi valori di temperatura, questi ultimi si possono ottenere, attualmente, solamente per piccolissime frazioni di secondo ed esclusivamente impiegando il “quarto stato della materia”, il gas ionizzato “plasma”. Reazioni termonucleari controllate, in laboratorio, onde realizzare l’agognato risultato di produzione d’energia su vasta scala: occorre “trasportare il Sole sulla Terra”; frase illuminante -è proprio il caso di scriver così!-  del Prof. Antonino Zichichi, fisico, accademico e divulgatore scientifico. Racchiusa nei nuclei di elementi leggeri quali l’Idrogeno, in particolare di alcuni suoi isotopi (elementi simili ma non gemelli), Deuterio e Trizio, vi è nascosto un enorme quantitativo di energia: con l’impiego di un solo grammo di Deuterio, nel processo di fusione viene rilasciata energia “terrificante”, difatti si libera energia in misura di migliaia di biliardi di KWh (KWh=ChiloWattora); un ChiloWattora corrisponde all’energia consumata, in un’ora di accensione, ad esempio da un asciugacapelli di Potenza pari a un chilowatt. Nell’altro processo termonucleare, quello di fissione, si concretizza la “reazione a catena”:in virtù della quale,i nuclei di materiale fissile ossia frantumabile -Uranio- impattati da neutroni,si scindono in frammenti e simultaneamente emettono neutroni, particelle le quali vanno a colpire altri nuclei di Uranio che a loro volta frantumano ed ulteriormente emettono neutroni… viene a generarsi una violenta esplosione,il cui calore liberato è utilizzato dal reattore nucleare a fissione, che, in realtà è una “caldaia” ovvero una macchina termica convertente acqua dalla fase liquida a quella di vapore,vapore del quale viene utilizzato il getto, difatti questa emissione pone in rotazione un motore (turbina) a sua volta azionante il generatore di energia elettrica,generatore che finalmente trasforma l’energia di movimento in energia elettrica. Il reattore nucleare a fusione, è anch’esso una caldaia; ma il passaggio di acqua dallo stato liquido allo stato di vapore, è reso possibile grazie al calore scaturente dall’impatto di nuclei di Deuterio e di Trizio; similmente al caso precedente, il vapore azionerà il motore (turbina) che porrà in funzione il generatore che dunque produrrà energia elettrica. Le spaventose temperature del “sole artificiale” caratterizzano dunque la fusione nucleare, processo fornente energia pulita e praticamente inesauribile. Il matrimonio tra energia da fusione nucleare e concreto utilizzo d’essa, per adesso resta confinato nello stato di “promessa di matrimonio”, si prevede potrà avverarsi tra decenni. Attualmente, la Cina è riuscita a muovere alcuni passi in avanti per il raggiungimento del traguardo: alcuni mesi fa, l’impresa è consistita nell’aver posto in funzione per alcune centinaia di millisecondi, un reattore nucleare a fusione, nella città di Chengdu. Il sistema (HL-2M TOKAMAK) è in grado di generare temperature di 150 milioni di gradi centigradi; se avvenisse un ipotetico “braccio di ferro”, il nostro Sole verrebbe nettamente battuto in quanto il suo nucleo attinge temperature “soltanto” di 15 milioni di gradi centigradi. In estrema sintesi: la reazione di fusione si verifica nel Sole e nelle Stelle dove ogni secondo avvengono milioni di interazioni nelle quali i nuclei di particolari “gemelli” dell’Idrogeno gassoso, Deuterio e Trizio, si fondono, in tal modo generando nuclei di Elio, con rilascio di ingentissimi quantitativi di energia termica e luminosa. Onde ottenere, in laboratorio, l’ambìta reazione di fusione (con associato minor rischio di inquinamento radioattivo, rispetto a quello causato dai reattori a fissione) occorrono materiali capaci di resistere a temperature comprese tra i 50 e i 100 milioni di gradi centigradi; tale processo genera bassissimi  quantitativi di scorie radioattive, la protezione d’ambiente risulterebbe più elevata con l’abbandono di combustibili fossili,sostanze responsabili -secondo idee espresse da una parte di Comunità scientifica- del cambiamento climatico; linea di pensiero non condivisa dal Prof. Zichichi, il Quale ritiene “opera da ciarlatani dire che l’inquinamento modifica il clima” (fonte: il Giornale.it, 05/07/2017). Attrezzatura e dispositivi confluenti nel Tokamak: macchina magnetica avente forma di anello toroidale, una sorta di ciambella; nel cui interno viene avviata la fusione nucleare. All’avanzato, avanguardistico HL-2M, Tokamak creato dalla Cina, si affianca ITER, in fase di costruzione in Francia e più grande progetto di fusione nucleare al mondo; obiettivo: costruire un Tokamak in grado di produrre Potenza pari a 500 milioni di Watt (500 MW), entro il 2025: una centrale di 500 MW sarebbe sufficiente per soddisfare il fabbisogno energetico di circa 250.000 abitazioni contemporaneamente (con 1 MW si fornisce energia a 500 famiglie). L'esperimento ITER è destinato ad essere la prima verifica di fusione generante più energia di quella assorbita? Entusiasmo e scetticismo al riguardo: la fusione nucleare è stata sinora sperimentata, con “tragico successo”, soltanto per scopi bellici, attraverso la bomba H sganciata su Hiroshima e su Nagasaki nel 1945. Nonostante l’“esultanza” per i progressi nel campo energetico nucleare, serpeggiano perplessità e dubbi motivati dal fatto che, a differenza della fissione, la reazione di fusione non è sostenuta: quando, nella fissione nucleare, viene innescata la reazione a catena, tale reazione prosegue automaticamente senza alcun apporto esterno, occorre soltanto  controllarla. Questo non accade nella fusione.Inoltre bisogna tener presente che l'energia di fusione non è totalmente pulita ed esente da scorie e conseguente inquinamento radioattivo. La Cina prevede l’applicazione tecnica/commerciale della tecnologia di fusione nucleare, su larga scala, entro il 2050. Per fornire un’idea dei valori numerici in gioco:in una reazione di fusione,la contrazione di massa di un grammo implica una liberazione  d’energia di 90.000 miliardi di unità di energia! Si tenga presente che  per riscaldare 100 litri di acqua (corrispondenti, disponendoli su una bilancia, a 100 chilogrammi di acqua) da una temperatura iniziale di 20 gradi ad una temperatura  finale di 70 gradi,occorre fornire una quantità d’energia all’incirca quattro milioni di volte inferiore: pertanto, i 90.000 miliardi di energia liberata dalla anzidetta reazione di fusione,equivalgono alla energia occorrente per il riscaldamento (innalzamento di temperatura di 50 gradi centigradi) dell’acqua contenuta in quattro milioni di scaldabagni! Concludiamo con l’unico Tokamak italiano attualmente esistente,è ubicato nei laboratori ENEA di Frascati, le attività concernono studio e sviluppo della fusione nucleare,delle sorgenti di luce laser e degli acceleratori di particelle, particolari macchine impieganti campi elettrici e campi magnetici allo scopo di indurre considerevoli incrementi di velocità in particelle cariche, sono i campi elettrici ad assolvere tal fine d’elevamento di velocità,mentre i campi magnetici ‘imbrigliano’ le particelle. “Ragazzi, gli  impianti nucleari, nei quali vengono costruiti ordigni oppure viene generata energia elettrica, non sono dotati d’alcun connotato bellico o di pacifica utilità; è l’Uomo a caratterizzarli”: a grandi linee, questa la frase del Prof. Mangoni, docente di Impianti nucleari presso l’Università di Napoli; m’ispirò una elaborazione che realizzai l’8marzo 1978. 

Giuffrida Farina