Il futuro dopo la scoperta della fusione nucleare

Dopo oltre settant’anni di ricerca sulla fusione nucleare, il 5 dicembre scorso i ricercatori statunitensi della National Ignition Facility, un vasto complesso presso il Lawrence Livermore National Laboratory a San Jose in California, hanno ottenuto una reazione di fusione nucleare per produrre più energia di quella consumata dai giganteschi laser ad alta potenza che l’hanno innescata.

Con la fissione nucleare, attraverso la quale funzionano attualmente le centrali nucleari esistenti, un nucleo atomico pesante (uranio) viene scisso per creare energia. Ossia, bombardato da un neutrone, l’atomo si divide in due nuclei più leggeri emettendo nello stesso tempo un certo numero di altri neutroni che a loro volta inducono ad altre fissioni innescando così una reazione a catena per permettere di mantenere in funzione un reattore nucleare e produrre energia.

Nella fusione nucleare, invece, vengono uniti due o più nuclei di atomi leggeri (spesso di idrogeno) per ottenere un nuovo elemento (elio) nello stesso modo in cui le stelle nell’universo creano energia. In quest’ultimo processo, i due atomi perdono una piccola quantità di massa che viene convertita in energia secondo l’equazione di Einstein E=mc².

In un nucleo di un atomo esistono due particelle subatomiche che lo compongono: il protone, che ha una carica positiva uguale e di segno contrario a quella degli elettroni (particella elementare vincolata al nucleo dell’atomo), e il neutrone, che ha una carica elettrica pari a zero.  

Perché la fusione nucleare possa avvenire, è necessario avvicinare i protoni tra loro. Quest’ultimi però fanno resistenza a causa della forza repulsiva generata tra cariche elettriche di uguale segno. Per vincere tale repulsione, è necessario portare la materia allo stato del plasma mediante temperature elevatissime (dell’ordine di milioni di gradi). Innescato il processo di fusione nucleare, si produce più energia di quanta non sia servita per innescarla. È quanto succede all’interno del nostro Sole, il quale vive grazie alla fusione nucleare.

La conferma di questa impresa scientifica con l’annuncio dato martedì da parte degli scienziati, segna un passo significativo alla possibilità di ottenere energia in abbondanza a “zero” emissione di carbonio. Le fissioni nucleari delle centrali atomiche infatti, emettono quantità inferiori di CO2 rispetto al carbone e al petrolio, ma non si può parlare di “zero” emissioni. La fusione nucleare diversamente, non rilascia gas serra e nessun sottoprodotto tossico o scorie radioattive.

La tecnologia è tutt’altro che pronta per creare centrali elettriche a fusione nucleare, ci vorranno decenni perché l’energia “praticamente illimitata” prodotta dalla fusione sia disponibile a livello planetario. Ma quello che è avvenuto è un esempio straordinario di come si possa sfruttare il potere delle stelle sulla Terra.

Il Lawrence Livermore National Laboratory è stato costruito per eseguire esperimenti che ricreano in miniatura i processi che si scatenano all’interno delle bombe nucleari, consentendo alle forze militari statunitensi di mantenere le proprie testate nucleari senza la necessità di eseguire test nucleari.

Gli esperimenti comunque, sono stati mirati anche verso la produzione di energia pulita attraverso la fusione. Con 192 laser ad alta potenza utilizzando 2,05 megajoule di energia, sono state create una temperatura e una pressione a livello così estremo (osservabile solo all’interno di una stella), che ha riscaldato e fatto esplodere un piccolissimo cilindro contenente idrogeno congelato. In meno di 100 trilionesimi di secondo (10 elevato alla 18), è stato prodotto un flusso di particelle di neutroni che aveva l’equivalente energetico di 3,15 megajoule. Il guadagno di energia è stato dunque di 1,1.

L’esperimento avrà naturalmente anche un’importante ricaduta geopolitica, in quanto segna un passo determinate degli Stati Uniti verso l’egemonia energetica mondiale.