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Fusione nucleare: l’energia prodotta è maggiore di quella usata

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Fusione nucleare: l’energia prodotta è maggiore di quella usata
John Jett e Jake Long/LLNL

Nei giorni scorsi è stato dato l’annuncio che in un laboratorio della California, precisamente al National Ignition Facility, è stato fatto qualcosa di molto importante che riguarda la produzione di energia. Scopriamo di che cosa si tratta

Per capire che cosa è avvenuto cerchiamo di partire dall’inizio. Gli scienziati della National Ignition Facility nei Lawrence Livermore National Laboratory, in California, stanno lavorando sulla “fusione nucleare” per ottenere una grande quantità di energia dagli atomi.

Ma che cos’è la fusione nucleare?

Sappiamo che l’Universo intero è composto da atomi che sono “particelle” piccolissime che possiedono un nucleo, che a sua volta è composto da altre particelle (i protoni e i neutroni), e dagli elettroni che lo circondano.

Quindi, se si prende l’atomo più piccolo dell’Universo, l’atomo di idrogeno (che è composto da un solo protone) e lo si fa scontrare con un altro atomo di idrogeno e si riesce a farli fondere come fossero due polpette, si viene a formare un nuovo atomo,
che dà origine a un elemento chimico chiamato elio. E da questa fusione fuoriesce una enorme quantità di energia.

Dalla fusione nucleare solo energia pulita

L’energia che si produce sotto forma di calore sarà in grado di trasformare l’acqua in vapore il quale, a sua volta, potrà far ruotare delle turbine che producono corrente elettrica, proprio come oggi si utilizza il vapore che viene prodotto bruciando i combustibili fossili (gas, petrolio, carbone).

La fusione nucleare nel Sole 

Si pensi che all’interno del Sole vengono bruciati circa 640 milioni di tonnellate di idrogeno al secondo e, fuse tra loro, danno 596 milioni di tonnellate di elio. E il resto? Il resto viene trasformato in energia che inonda anche la Terra.

Il nuovo esperimento di fusione nucleare

Così anche l’uomo ha voluto imitare questo fenomeno, perché sulla Terra di idrogeno ce n’è tanto (basti pensare che tutta l’acqua è formata da idrogeno e ossigeno). E poi c’è il desiderio di ottenere energia pulita e con la fusione nucleare è possibile.

Non si formano sostanze che possono aumentare la temperatura della nostra atmosfera, come succede, invece, quando si bruciano i combustibili fossili e non si producono neppure scorie nucleari, ossia sostanze che emettono radiazioni pericolosissime per l’uomo. Quindi è davvero un ottimo sistema per ottenere energia pulita.

Tutto qui? Allora è semplice!

Purtroppo no: il problema sta nel fatto che nel cuore del Sole, dove si verifica la fusione degli atomi di idrogeno, vi sono temperature di 10 milioni di gradi e pressioni inimmaginabili. Quelle pressioni qui sulla Terra non riusciamo a produrle e allora per effettuare la fusione è necessario ottenere temperature anche di 100 milioni di gradi! Si capisce quanto sia difficile tutto questo, ma è possibile. Quindi come si fa ad ottenere quelle temperature? Ci sono vari metodi, ma su due metodi in particolare si stanno concentrando gli studi. Vediamoli qui sotto.

L’esperimento del Nif

Il primo metodo, che è quello che viene utilizzato nei laboratori del National Ignition Facility, utilizza potentissimi fasci laser che vengono concentrati su un minuscolo contenitore di idrogeno per riuscire ad ottenere la fusione degli atomi. Senza entrare nei numeri che sono quasi fantascientifici va detto che l’energia richiesta per la fusione è enorme. Ed ecco la novità di questi giorni: per la prima volta la quantità di energia ottenuta dalla fusione è stata superiore a quella che è stata usata per accendere i laser. La prova è durata pochi secondi, ma ha significato che la strada è corretta.

Wow! Vuol dire che accenderemo presto la luce di casa nostra con l’energia da fusione nucleare? No, non tra poco, ci vorrà ancora tanto tempo. Per ora si è capito che il meccanismo funziona, ma bisognerà trovare il modo di mantenere l'energia da fusione a lungo, questo esperimento ha ottenuto energia dalla fusione degli atomi solo per pochi secondi. Si dovrà studiare il modo di produrre energia per ore e giorni interi, successivamente si dovranno costruire centrali sperimentali e solo dopo, si arriverà a costruire centrali che produrranno energia da immettere nelle reti elettriche. E allora tra quanto? Difficile dirlo: se si vuole essere ottimisti si può dire tra circa 25 anni, ma è più probabile che si debba aspettare altri 40 anni.

Qual è il secondo metodo per produrre fusione?

L’altro non usa laser per far fondere gli atomi di idrogeno, bensì una macchina
gigantesca a forma di ciambella, dove gli atomi di idrogeno vengono fatti ruotare
all’interno della ciambella finché arrivano ad una velocità tale che facendoli
scontrare si fondono tra loro.

Quali sono le difficoltà?

Innanzi tutto ci vuole anche in questo caso un’enorme quantità di energia per accelerare gli atomi e per fare ciò ci voglio dei potentissimi magneti. Per semplificare diciamo che delle potentissime calamite attirano e spingono gli atomi di idrogeno, facendoli vorticare all’interno di una “ciambella”. Poi bisogna far sì che gli atomi non vadano a scontrarsi con le pareti della ciambella, altrimenti perdono energia e la fusione può non verificarsi. Questa ciambella si chiama Tokamak. Una macchina di questo genere, chiamata ITER, la si sta costruendo in Francia, a Caradashe, dove un gran numero di Paesi (Europa, Stati Uniti, Giappone, Corea del Sud, Canada), sperano di ottenere buoni risultati nel prossimo decennio.

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