IL CASTORO | Nucleare: meglio ridimensionare l’entusiasmo per la fusione

Giulia Rosetti
Il 13 dicembre 2022 il Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti ha annunciato che gli scienziati del National ignition facility e del Lawrence Livermore national laboratory sono riusciti a ottenere energia in seguito a una reazione a fusione nucleare. Sembrerebbe un svolta epocale, ma è effettivamente così? Facciamo un passo indietro.
Come si può produrre energia nucleare? Emanuele Ghedini, ingegnere nucleare, specializzato in fisica dei reattori nucleari e docente nell’Ateneo bolognese, ci illustra le due tecniche principali, ovvero fissione e fusione nucleare. Si tratta di fenomeni chimico-fisici che coinvolgono il nucleo atomico. Quest’ultimo, come tutti i sistemi fisici, cerca di raggiungere la configurazione più stabile, ovvero quella del nucleo del ferro. Tutti gli elementi provano ad avvicinarglisi il più possibile: i più leggeri tendono a fondersi, mentre quelli più pesanti a dividersi.
Questi processi rilasciano una certa quantità di energia: gli scienziati devono riuscire a innescare determinate reazioni per cercare di ricavare un considerevole guadagno energetico. «Nel caso della fusione dobbiamo avvicinare i nuclei di deuterio e trizio (isotopi dell’idrogeno), vincendo la repulsione elettrostatica - spiega Ghedini - per far sì che le forze nucleari li facciano diventare un unico nucleo che tipicamente è elio. È necessario che il prodotto di due grandezze fisiche, la pressione p e il tempo di confinamento τ, superi una certa soglia. Non è così facile, perché le forze nucleari sono a corto raggio e per vincere la repulsione dobbiamo fornire ai nuclei una enorme energia cinetica. Nel caso della fissione - continua l’ingegnere - dobbiamo destabilizzare un nucleo pesante tipicamente di uranio o di plutonio, bombardandolo con un proiettile. La particella migliore per il ruolo di proiettile è il neutrone che, essendo elettricamente neutro, può superare la barriera elettrostatica, penetrare nel nucleo e indurlo a dividersi in nuclei di atomi diversi da quello di partenza».
Tra i vantaggi della fusione vi è la presenza del deuterio come combustibile principale. Si tratta infatti di un elemento abbondante in natura, facilmente reperibile perché direttamente ricavabile dall’oceano e quindi comodo da utilizzare. Al contrario il trizio, altamente radioattivo e non disponibile in natura, ne rappresenta lo svantaggio principale. Infatti, affinché la reazione a fusione avvenga, il trizio deve essere processato nello stesso impianto in cui si vuole generare energia, costituendo un rischio radiologico non indifferente. «La fissione - sottolinea Ghedini - forma dei prodotti altamente radioattivi, soprattutto nei primi decenni di vita, mentre la fusione produce neutroni ad elevate energie che possono attivare i materiali circostanti. Inoltre un reattore a fusione è sostenuto da una sorgente energetica esterna e non rilascia calore residuo dopo lo spegnimento, quindi non ha le problematiche di sicurezza legate al rischio di surriscaldamento che caratterizzano i reattori a fissione attuali».
Ad oggi la fissione è considerata nel novero dell’energia green. Purtroppo, a causa dei pochi dati a disposizione, risulta complesso fare un paragone con la fusione. Allora come mai tanto entusiasmo? Secondo Ghedini ciò è dovuto ad una comunicazione «ingannevole»: il National ignition facility ha scelto di calcolare il rapporto tra energia in entrata e in uscita utilizzando il gain factor fisico Q, «un valore che non tiene conto del bilancio energetico complessivo, perché si basa solamente sugli scambi di energia termica in atto» afferma Ghedini. «Introducendo un rapporto più realistico - continua l’ingegnere -, detto gain factor ingegneristico, si otterrebbe un rapporto dello 0.3%, cioè investo 1 e mi ritrovo 0.003, un risultato molto lontano da una qualunque applicazione pratica per la generazione di energia».
Inoltre è bene notare che lo scopo primario del National ignition facility non è l’utilizzo civile della fusione bensì «il miglioramento delle tecnologie per ottimizzare gli ordigni nucleari e lo sviluppo di laser per scopi militari» puntualizza Ghedini.
La produzione di energia nucleare per l’utilizzo commerciale è invece l’obiettivo del consorzio Iter, un progetto internazionale che mira a creare un reattore a fusione a confinamento magnetico. Ci sono però numerosi ostacoli, legati soprattutto al controllo dei campi magnetici prodotti e delle temperature elevate, che rendono difficile completare il progetto nel breve termine. «La mia formazione ingegneristica, fatta di piedi per terra e pragmatismo, mi porta a credere che, se mai otterremo risultati positivi, non arriveranno prima del 2040» afferma Ghedini, il quale aggiunge che la fusione difficilmente diventerà un metodo di approvvigionamento energetico commerciale, poiché la costruzione di un reattore a fusione è molto più dispendiosa rispetto a quella di un reattore a fissione. Potrebbero quindi usufruire di questa nuova tecnologia solamente le nazioni con un apparato tecnologico all’avanguardia. La fusione nucleare è ancora lontana sia dall’essere brevettata che dal suo utilizzo commerciale e, colmare questo gap, non sarà semplice.