L'energia delle stelle
Utilizzo della fusione nucleare per scopi pacifici, il progetto ITER
logo del progetto ITER, recante i paesi e le aree partecipanti |
La reazione di fusione nucleare dell'idrogeno era nota già da tempo, successivamente venne utilizzata per la costruzione delle terribili bombe termonucleari, le bombe H, che aprirono nuovi, tenebrosi scenari della guerra fredda agli inizi degli anni '50.
Se due nuclei atomici vengono posti ad una distanza molto breve tra di loro, questi formeranno un nuovo nucleo, contenente i protoni dei due atomi iniziali. Dal processo si libera una grande quantità di energia.
fusione nucleare deuterio-trizio. Wikimedia Commons |
L'energia ottenuta può essere utilizzata per distruggere, come nel caso delle bombe H, oppure per alimentare una centrale elettrica, quest'ultimo è l'obbiettivo del progetto ITER.
Ma come si possono avvicinare due nuclei atomici in modo da permettere la loro fusione? I nuclei degli atomi sono carichi positivamente, e due cariche uguali tendono a respingersi con estrema forza. Questo significa che ad un certo punto i nuclei incontreranno una enorme resistenza al loro moto di avvicinamento, questa resistenza prende il nome di barriera di Coulomb o repulsione elettrostatica.
Una volta superata questa barriera i nuclei potranno fondersi, perchè a distanze molto brevi tra di essi interviene una forza molto più intensa della repulsione elettrostatica, che è la forza nucleare, la quale tende ad unire le particelle che formano il nucleo.
Ma come si possono avvicinare due nuclei atomici in modo da permettere la loro fusione? I nuclei degli atomi sono carichi positivamente, e due cariche uguali tendono a respingersi con estrema forza. Questo significa che ad un certo punto i nuclei incontreranno una enorme resistenza al loro moto di avvicinamento, questa resistenza prende il nome di barriera di Coulomb o repulsione elettrostatica.
Una volta superata questa barriera i nuclei potranno fondersi, perchè a distanze molto brevi tra di essi interviene una forza molto più intensa della repulsione elettrostatica, che è la forza nucleare, la quale tende ad unire le particelle che formano il nucleo.
Diagramma della barriera coulombiana |
Ora sappiamo che è possibile avvicinare i nuclei abbastanza da fonderli, ma come fare dal punto di vista pratico? A questo punto ci viene in aiuto il cosiddetto quarto stato della materia o Plasma.
Il plasma è un gas ionizzato, in cui i nuclei atomici sono separati dagli elettroni che normalmente li circondano. Per ottenere questo particolare stato della materia occorre scaldare a milioni di gradi un gas rarefatto, all'interno di una particolare apparecchiatura, detta Tokamak.
La parola stessa è la contrazione di quattro parole russe, le quali possono essere tradotte sostanzialmente come Macchina a camera toroidale con campi magnetici assiali; è praticamente una ciambella con dei potenti elettromagneti. L'inventore fu il famoso fisico russo Andrei Sakharov, negli anni 50.
Una volta che il gas si trova nello stato di plasma, a milioni di gradi, i nuclei avranno una velocità talmente elevata da fondersi quando collidono tra loro. Ad evitare che questo gas se ne vada in giro per la camera in maniera incontrollata, ci pensano i potenti elettromagneti, i quali fanno in modo da confinare i nuclei all'interno di un cerchio attorno all'asse centrale del Tokamak.
Dagli anni 50 fino ad oggi sono state costruite diverse apparecchiature del genere, con lo scopo di studiare la fisica del plasma; non c'è stata mai una produzione netta di energia.
Per raggiungere l'obbiettivo utilitaristico della fusione nucleare controllata è stato creato il progetto ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor , un consorzio di molti paesi, tra cui l'Italia, volto alla creazione del primo reattore a fusione controllata in grado di sostenere una reazione che fornisca almeno 10 volte l'energia utilizzata per l'accensione. L'idea ebbe inizio nel lontano 1985, durante un summit tra Reagan e Gorbachev, ma a causa delle difficoltà tecniche, politiche e dell'enorme quantità di fondi necessari, la costruzione del reattore ebbe inizio solo nel 2008 in Francia, a Caradache.
Nel 2025 è previsto l'ottenimento del primo plasma, con l'obbiettivo finale di raggiungere una potenza di 500MW per almeno 1000 secondi, utilizzando appena 0.5 grammi di miscela deuterio/trizio, due isotopi dell'idrogeno.
L'idea, insomma, è quella di ottenere energia come fanno le stelle da miliardi di anni, più o meno da quando l'universo esiste. Studiando il plasma, questo strano stato della materia per noi terrestri, così esotico da richiedere l'ultilizzo di apparecchiature fantascientifiche, ma che in realtà rappresenta più del 99% della materia presente nell'universo.
Il plasma è un gas ionizzato, in cui i nuclei atomici sono separati dagli elettroni che normalmente li circondano. Per ottenere questo particolare stato della materia occorre scaldare a milioni di gradi un gas rarefatto, all'interno di una particolare apparecchiatura, detta Tokamak.
La parola stessa è la contrazione di quattro parole russe, le quali possono essere tradotte sostanzialmente come Macchina a camera toroidale con campi magnetici assiali; è praticamente una ciambella con dei potenti elettromagneti. L'inventore fu il famoso fisico russo Andrei Sakharov, negli anni 50.
interno di un tokamak. la camera toriodale si sviluppa intorno ad un asse centrale |
Dagli anni 50 fino ad oggi sono state costruite diverse apparecchiature del genere, con lo scopo di studiare la fisica del plasma; non c'è stata mai una produzione netta di energia.
Per raggiungere l'obbiettivo utilitaristico della fusione nucleare controllata è stato creato il progetto ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor , un consorzio di molti paesi, tra cui l'Italia, volto alla creazione del primo reattore a fusione controllata in grado di sostenere una reazione che fornisca almeno 10 volte l'energia utilizzata per l'accensione. L'idea ebbe inizio nel lontano 1985, durante un summit tra Reagan e Gorbachev, ma a causa delle difficoltà tecniche, politiche e dell'enorme quantità di fondi necessari, la costruzione del reattore ebbe inizio solo nel 2008 in Francia, a Caradache.
Nel 2025 è previsto l'ottenimento del primo plasma, con l'obbiettivo finale di raggiungere una potenza di 500MW per almeno 1000 secondi, utilizzando appena 0.5 grammi di miscela deuterio/trizio, due isotopi dell'idrogeno.
L'idea, insomma, è quella di ottenere energia come fanno le stelle da miliardi di anni, più o meno da quando l'universo esiste. Studiando il plasma, questo strano stato della materia per noi terrestri, così esotico da richiedere l'ultilizzo di apparecchiature fantascientifiche, ma che in realtà rappresenta più del 99% della materia presente nell'universo.