Fusione Nucleare Bernardelli Asia - La Rosa Francesco - Zaffino Desiree 5 SA Introduzione Applicazione Problemi e Soluzioni Conclusione Note Fonti 2 2 3 3 4 4 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 5 SA 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. Bernardelli Asia - La Rosa Francesco - Zaffino Desiree 5 SA 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?