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22 Gennaio 2023
18:30

Chi ha teorizzato e scoperto il processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle?

Vari ricercatori e scienziati hanno contribuito alla conoscenza del processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle.

A cura di Elena Buratin
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Chi ha teorizzato e scoperto il processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle?
scoperta fusione

Il processo di fusione nucleare è stato compreso per la prima volta nel secolo scorso da scienziati del calibro di Rutherford, Oliphant, Chadwick, Eddington e Bethe. Queste menti hanno indagato il processo che avviene all'interno delle stelle sia teoricamente che sperimentalmente, permettendoci di replicarlo qui sulla Terra – come avviene ad esempio a ITER o al NIF.
Ripercorriamo le principali tappe in questo ambito, partendo proprio dagli studi dei principali ricercatori.

Ernst Rutherford

A inizio ‘900 il chimico e fisico neozelandese Ernest Rutherford si dedicò allo studio di nuclei atomici, dimostrando che la loro trasmutazione da instabili a stabili è dovuta alla radioattività.
Proprio per questo nel 1908 vinse il Premio Nobel per la chimica. Rutherford è anche conosciuto come padre del modello atomico: è lui infatti il primo ad aver capito che ci fosse una massa centrale addensata, il nucleo. Ipotizzò anche la presenza dei neutroni, per compensare l'effetto repulsivo fra i protoni del nucleo.

Arthur Eddington e F.W. Aston

Già nel 1920, Arthur Eddington, fisico, matematico e astronomo inglese, suggerì che la sorgente energetica delle stelle potesse esser dovuta alla trasformazione di idrogeno in elio. Questo grazie alle misure sull'energia di legame del nucleo atomico fatte da Francis William Aston.

fusione schema 2

James Chadwick e Mark Oliphant

Nel 1932 il fisico inglese James Chadwick scoprì il neutrone, confermando la teoria di Rutherford. Anche Chadwick vinse un Premio Nobel, in Fisica, nel 1935. Nello stesso anno Mark Oliphant, fisico australiano, fece collidere nuclei di idrogeno pesante su di un target: realizzò, quindi, per la prima volta la fusione nucleare in laboratorio. Da questo esperimento riuscì a misurare il rilascio di una grandissima quantità di energia. Scoprì inoltre l'elio-3 (il cui nucleo è formato da due protoni e un neutrone) e il trizio (formato da un protone e due neutroni).

Hans Bethe

Alla fine degli anni trenta il fisico e astronomo tedesco Hans Bethe formalizzò le reazioni che descrivono il processo di fusione nucleare nelle stelle tramite il cosiddetto ciclo di Bethe. Nelle stelle più massive, ad esempio, Bethe spiega che il processo di fusione nucleare è catalizzato, cioè aiutato, da un altro elemento chimico chiave: il carbonio. Proprio per questo anche Bethe vinse il premio Nobel per la Fisica, nel 1967.

Le applicazioni più importanti

Arrivarono in seguito le prime applicazioni: di ricerca, civili e militari. Negli anni '40 prese piede il progetto Manhattan, sotto la direzione scientifica del fisico Robert Oppenheimer, per la realizzazione delle prime bombe atomiche americane.

Negli anni '50 gli scienziati sovietici Andrej Sacharov e Igor' Tamm inventarono il tokamak, un reattore a fusione nucleare basato sul confinamento magnetico, capace di sostenere al suo interno le condizioni necessarie per la fusione termonucleare controllata. Nel 1983, in Inghilterra venne messo in funzione JET, un tokamak di ricerca con lo scopo di dimostrare la possibilità di produzione di energia elettrica da fusione di nuclei di atomi leggeri. Il suo successore, ITER, è in fase di costruzione a Cadarache nel Sud della Francia ed è nato dalla collaborazione mondiale di 35 paesi.

In parallelo ai tokamak, nel 1950, Lyman Spitzer ideò gli stellarator e qualche decennio più tardi arrivarono anche i reattori a strizione a campo rovesciato. Entrambi sfruttano campi magnetici molto forti per confinare il plasma. Negli ultimi decenni si parla anche di fusione a confinamento inerziale. Proprio nel 2022 il National Ignition Facility negli Stati Uniti ha raggiunto grandi risultati, generando più energia da un processo di fusione nucleare rispetto all'energia fornita al processo stesso.

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