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Fusione Nucleare

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Fusione Nucleare
Bernardelli Asia - La Rosa Francesco - Zaffino Desiree
5 SA
Introduzione
Applicazione
Problemi e Soluzioni
Conclusione
Note
Fonti
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Bernardelli Asia - La Rosa Francesco - Zaffino Desiree
5 SA
Introduzione
Con Fusione Nucleare si intende:
“ una reazione nucleare in cui due nuclei leggeri si combinano per formarne uno di
massa maggiore, accompagnata da liberazione di energia. “
~ Enciclopedia Treccani
I nuclei presi in considerazione, solitamente, sono il deuterio e il trizio (due isotopi
dell’idrogeno). Lo scontro di questi due atomi porta alla formazione di un atomo di
elio e di un neutrone e al rilascio di una grande quantità di energia.
L’ostacolo principale per questo tipo di reazione è l’interazione elettrostatica tra i
due nuclei che, essendo caricati positivamente, tendono a respingersi. La necessità
di vincere questa elevata forza repulsiva implica che la fusione nucleare avvenga in
determinate condizioni di temperatura e pressione.
Queste reazioni termonucleari avvengono naturalmente nelle stelle, grazie
all’elevata densità dei loro nuclei e alle elevate temperature che si possono
raggiungere all'interno di essi. Le particolari condizioni che caratterizzano la fusione
nucleare portano alla formazione di un plasma1 nel quale l’energia cinetica degli
atomi è talmente elevata da vincerne la repulsione.
Applicazione
Come per le stelle, la fusione nucleare
controllata
necessita
di
determinate
condizioni; queste possono essere ottenute
negli impianti di fusione nucleare. Al momento,
sono materia di studio approfondito due
tipologie di reattore, che si distinguono
principalmente per la gestione del plasma: il
Tokamak e lo Stellarator.
Entrambi presentano un condotto toroidale2 all’interno del quale è confinato il
plasma. Il Tokamak è caratterizzato dalla presenza di un solenoide centrale che
garantisce un maggior controllo sul plasma inducendo all’interno di esso una
corrente dall’elevato amperaggio; lo Stellarator, invece, non induce alcuna corrente
all’interno del plasma, ma ottiene lo stesso effetto usando dei magneti esterni
organizzati in forme complesse.
Bernardelli Asia - La Rosa Francesco - Zaffino Desiree
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Problemi e Soluzioni
Come la maggior parte delle tecnologie, anche la fusione nucleare presenta delle
sfide e delle criticità, di seguito verranno elencate alcune di esse e le soluzioni
adottate:
●
Elevata Temperatura del Plasma
Uno dei principali problemi legati alla fusione nucleare è l’elevata
temperatura raggiunta dal plasma, infatti il plasma raggiunge temperature
nell’ordine dei 200 milioni di gradi centigradi. Questa temperatura è
troppo elevata per qualsiasi materiale, quindi è necessario che il plasma
rimanga isolato. Per raggiungere questo scopo viene utilizzato un campo
magnetico, generato sfruttando un solenoide chiuso ad anello, che
confina il plasma in una delimitata regione di spazio.
●
Realizzazione degli Elettromagneti
Come detto in precedenza, il campo magnetico è realizzato attraverso
l’uso di solenoidi. Per generare un campo magnetico sufficientemente
intenso è necessario applicare al solenoide delle correnti importanti. Il
materiale più utilizzato al momento è il rame, ma, a causa della sua
tendenza a scaldarsi facilmente, risulta inadatto ad un utilizzo prolungato.
Una migliore alternativa a questo materiale sono i superconduttori; le loro
basse temperature di esercizio (5 oK per i superconduttori a bassa
temperatura o 77 oK per i superconduttori ad alta temperatura), però, li
rendono di difficile implementazione.
●
Riscaldare il Plasma alla Temperatura Necessaria
Un’altra sfida importante è quella di portare il plasma alla temperatura di
fusione: per raggiungere questo scopo vengono impiegate diverse fonti di
energia. Una delle fonti è il campo magnetico usato per confinare il
plasma; esso, infatti, induce una corrente all’interno del plasma che ne
aumenta il tenore energetico. Un'ulteriore possibilità per fornire energia al
plasma è rappresentata dall’utilizzo di onde elettromagnetiche o raggi di
molecole dall’elevato tenore energetico. Inoltre, il plasma è in grado di auto
sostentarsi: le molecole di elio prodotte dalla fusione rimangono nel
plasma e, attraverso gli urti con le altre molecole, scambiano la propria
energia con il plasma stesso.
Conclusione
Come si è visto in questa breve trattazione, la fusione nucleare attualmente
presenta ancora delle difficoltà; nonostante ciò, rappresenta una delle migliori
alternative alle attuali fonti di energia, in quanto non produce scorie come la fissione
nucleare e non produce CO2 come i combustibili fossili.
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Note
1. Plasma
Il plasma è costituito da materia ad altissima temperatura, in cui gli elettroni
sono strappati via dagli atomi formando un gas ionizzato. Spesso viene
indicato come quarto stato della materia, in quanto si ottiene fornendo calore
a un gas
2. Toro
Solido ottenuto dalla rivoluzione di una circonferenza attorno
ad un asse ad essa complanare (ed esterno).
Fonti
Plasma Science and Fusion Center (MIT) - Introduction to Fusion
Geopop - Fusione nucleare: la spiegazione semplice e i principali pro e contro di
questa tecnologia
Real Engineering - The Problem with Nuclear Fusion
Enciclopedia Treccani - Reazione di fusione nucleare
Wikipedia - Fusione Nucleare
Plasma Science and Fusion Center (MIT) - What is Plasma?
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