Conosci il nucleare
Fusione nucleare
È un processo nucleare in cui l’energia è prodotta dalla fusione di atomi leggeri. È la reazione opposta alla fissione, dove gli isotopi pesanti sono divisi. La fusione è il processo con cui il sole e altre stelle generano luce e calore.
Si ottiene più facilmente sulla Terra combinando due isotopi di idrogeno: il deuterio e il trizio. L’idrogeno è il più leggero di tutti gli elementi, essendo composto da un solo protone e un elettrone. Il deuterio ha un neutrone in più nel suo nucleo; può sostituire uno degli atomi di idrogeno in H20 per fare quella che viene chiamata “acqua pesante”. Il trizio ha due neutroni extra ed è quindi tre volte più pesante dell’idrogeno. In un ciclo di fusione, il trizio e il deuterio si combinano e danno luogo alla formazione di elio, il prossimo elemento più pesante della tavola periodica, e al rilascio di un neutrone libero.
Il deuterio si trova una parte ogni 6.500 nell’acqua di mare ordinaria, ed è quindi disponibile in tutto il mondo, eliminando il problema della distribuzione geografica ineguale delle risorse di combustibile. Questo significa che ci sarà combustibile per la fusione finché ci sarà acqua sul pianeta.
Lo sapevi?
Scienziati del Max Planck Institute for Plasma Physics di Greifswald, Germania, hanno dimostrato che è possibile surriscaldare atomi di idrogeno per formare un plasma di 80 milioni di gradi Celsius usando una macchina chiamata stellarator Wendelstein 7-X. Il plasma forma la base per la fusione nucleare, in cui gli atomi di idrogeno si scontrano e i loro nuclei si fondono per formare atomi di elio – un processo che sprigiona energia ed è simile a quello che avviene nel nostro sole.
Cos’è l’energia di fusione?
Diamo un’occhiata alla reazione di fusione. Puoi vedere che quando il deuterio e il trizio si fondono insieme, i loro componenti si ricombinano in un atomo di elio e un neutrone veloce. Quando i due isotopi pesanti si riassemblano in un atomo di elio, si ha un avanzo di massa “extra” che viene convertito in energia cinetica del neutrone, secondo la formula di Einstein: E=mc2.
Perché avvenga una reazione di fusione nucleare, è necessario portare due nuclei così vicini che le forze nucleari diventano attive e incollano i nuclei tra loro. Le forze nucleari sono forze a piccola distanza e devono agire contro le forze elettrostatiche in cui i nuclei con carica positiva si respingono a vicenda. Questo è il motivo per cui le reazioni di fusione nucleare si verificano principalmente in ambienti ad alta densità e ad alta temperatura.
A temperature molto elevate, gli elettroni vengono strappati dai nuclei atomici per formare un plasma (gas ionizzato). In tali condizioni, le forze elettrostatiche repulsive che tengono separati i nuclei con carica positiva possono essere superate, e i nuclei di alcuni elementi leggeri possono essere riuniti per fondersi e formare altri elementi. La fusione nucleare di elementi leggeri rilascia grandi quantità di energia ed è il processo fondamentale di produzione di energia nelle stelle.
L’obiettivo della ricerca sulla fusione è quello di confinare gli ioni di fusione a temperature e pressioni abbastanza alte e per un tempo abbastanza lungo per fondere.
