In questi giorni un’agenzia militare governativa americana, la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), con sede a Livermore, vicino San Francisco (California), ha annunciato di aver condotto un esperimento di fusione nucleare concentrando in uno spazio molto ristretto dei raggi laser, il sistema laser ad alta energia denominato National Ignition Facility (NIF) e ottenendo una quantità di energia maggiore rispetto a quella usata per innescarla. Se non fosse che la comunità scientifica sta aspettando questo risultato da almeno ottant’anni, e se la mancanza di energia non fosse diventata un problema di cui tanti si preoccupano, questa notizia non avrebbe avuto l’eco che invece ha avuto: titoloni sui giornali, prime pagine sui quotidiani, esperti che vengono chiamati in tutte le trasmissioni per capire meglio cosa è successo. Cerchiamo di riportare la notizia al livello e all’importanza che ha.
Partiamo dalla LLNL e dalla sua missione: difendere gli USA e i suoi alleati da attacchi di forze nemiche utilizzando la tecnologia più avanzata. Dunque è un’azienda dove lo scopo della ricerca è la difesa nazionale USA. Se poi i risultati delle ricerche permetteranno di ottenere dei risultati che miglioreranno le condizioni di vita generale sarà un effetto collaterale e ne vedremo i risultati tra un bel po’ di tempo.
L’agenzia LLNL ha usato il NIF: il laser ad alta energia più grande del mondo. Usando 192 laser di altissima precisione e concentrandone i raggi su una superficie grande come la punta di una matita per pochi miliardesimi di secondo i tecnici sono arrivati a temperature maggiori di 100 milioni di gradi Celsius e a pressioni maggiori di 100.000 miliardi di millibar: quelli che si trovano nei nuclei delle stelle.
In Europa i laboratori che cercano di ottenere la fusione nucleare utilizzano il metodo dei campi elettromagnetici per confinare l’energia in piccoli spazi, ma finora l’energia ottenuta non si era mai rivelata maggiore di quella utilizzata per scatenare la reazione, per cui possiamo dire che i grandi investimenti degli americani li hanno fatti arrivare per primi all’obiettivo.
Ma cos’è la reazione di fusione nucleare? E che relazione ha con la fissione nucleare e con le centrali nucleari che ci sono oggi in giro per il pianeta? Le reazioni nucleari sono essenzialmente due: quella di fissione (che è alla base delle bombe atomiche, di quelle all’idrogeno, che minacciano la stessa esistenza dell’umanità e che vengono usate come deterrente da politici senza scrupoli), in cui un atomo con molti protoni, elettroni e neutroni si spacca in atomi con numero atomico inferiore, liberando energia e producendo molte scorie radioattive che rimangono per molto tempo capaci di avvelenare qualsiasi cosa venga a contatto con loro; un’altra reazione è quella di fusione, in cui due atomi piccoli si fondono per crearne altri con numero atomico maggiore, liberando energia senza produrre scorie.
È evidente a tutti che la fissione è pericolosa non solo quando viene innescata, ma soprattutto per gli effetti a breve, medio e lungo termine delle scorie che essa lascia; le centrali nucleari attuali sono basate proprio su quest’effetto, e infatti il problema delle scorie è quello che più di altri fa da ostacolo alla loro diffusione, perché tutti vorrebbero l’energia a basso costo prodotta dalle centrali ma nessuno vorrebbe le scorie né preoccuparsi del loro riciclaggio. Si parla molto, e anche vari politici lo fanno, di centrali nucleari pulite: quelle cosiddette di quarta generazione; peccato che esse non esistono e non ci saranno almeno per altri 40-50 anni, per cui parlarne adesso è solo demagogia!
La fusione, invece, è il processo alla base delle formazione delle stelle; il nostro Sole è una gigantesca centrale di fusione nucleare ad altissime temperature, in cui atomi di idrogeno si fondono tra loro dando origine ad atomi di elio e liberando quell’energia che permette a tutti gli esseri viventi di vivere sulla Terra. Bisogna dare agli atomi di idrogeno una grossa energia per superare la repulsione elettromagnetica dei nuclei, in modo da creare nuovi nuclei e liberare neutroni che costituiscono l’energia da utilizzare. È ovvio che se riuscissimo ad utilizzare lo stesso principio potremmo ottenere energia pulita e illimitata: l’idrogeno è l’elemento più diffuso sulla terra, l’elio è un gas nobile più leggero dell’aria che si dissolve velocemente.
Perché l’uomo si è diretto verso la fissione e non verso la fusione? Essenzialmente per ragioni di convenienza economica: i materiali che si usano per la fissione, come l’uranio-235 o il plutonio-239, innescano la reazione ad energie più basse e raggiungibili più velocemente coi mezzi a nostra disposizione. Quando Enrico Fermi e i Ragazzi di via Panisperna (il gruppo di fisici che studiavano con lui) riuscirono a realizzare la prima pila atomica, il 22 Ottobre 1934, neanche si resero conto di aver creato un ordigno di potenza immensa, ritenendo invece di aver creato degli elementi chimici nuovi.
Per fondere due atomi di idrogeno e ottenerne energia ci sono due problemi che finora sono apparsi abbastanza insormontabili: innanzitutto servono isotopi di idrogeno (idrogeno-1) perché con l’idrogeno standard la reazione non si verifica; il deuterio (idrogeno-2) e il trizio (idrogeno-3) sono molto rari e il processo per crearne a partire da quelli di idrogeno-1 è molto energivoro (per cui non sarebbe utile se vogliamo creare energia nuova). Il secondo problema è che finora i processi di fusione non sono stabili, riuscendo a durare per tempi inferiori a 10-15 secondi: un tempo troppo breve per vedere dei risultati utili. L’ulteriore problema è che finora non siamo riusciti a creare energia in quantità maggiore rispetto a quella dell’innesco. Ed è proprio qui che si innesta il risultato di LLNL, che permetterà di investire in maniera più massiccia sulla fusione, visto che è stato possibile crearla.
Ma di quanta energia stiamo parlando? Perché è qui che si vede che i tempi di utilizzo concreto di questa nuova tecnologia non saranno brevi: per ottenere 3,15 MegaJoule (MJ) di energia, a partire da 300 MJ utilizzati dai laser di cui 2,05 MJ sono stati concentrati sul bersaglio, sono stati spesi circa 3,5 Miliardi di dollari. La fusione ha funzionato perché da 2,05 MJ siamo riusciti ad ottenere 3,15 MJ di energia: una differenza di 1,1 MJ. Con una semplice equivalenza si calcola che 1,1 MJ sono circa 0,3 KWH, cioè l’energia usata da tra lampadine di 100 W accese per un’ora. Per cui la LLNL è riuscita ad ottenere l’energia per accendere tre lampadine per un’ora, pagando 3,5 Miliardi di dollari! L’efficienza dei laser attuali è quella che è, per cui moltissima energia si perde solo per concentrare i raggi laser sull’obiettivo; ma il risultato, sebbene non sia economico né utilizzabile commercialmente, costituisce un ottimo inizio perché i nostri pronipoti possano scaldarsi o cucinare un piatto di spaghetti aglio, olio e peperoncino… A proposito, mi è venuta fame, ma se aspetto LLNL per avere l’energia da fusione nucleare ho paura di restare digiuno. A presto.
Enrico Cirillo
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