Fusione nucleare, in Europa nuovo record di energia prodotta: ora tocca ai futuri reattori

È europeo il nuovo record di energia prodotta tramite fusione nucleare: il reattore sperimentale JET (Joint European Torus) a Oxford, nel Regno Unito, gestito dal consorzio EUROfusion, è riuscito a produrre 69 megajoule (milioni di joule) per 5 secondi tramite fusione nucleare di 0,2 milligrammi di una miscela di deuterio e trizio (due isotopi dell'idrogeno). Il record precedente, raggiunto a febbraio 2022 dallo stesso impianto, era di 59 megajoule prodotti in 5 secondi.

Secondo gli esperti, questo risultato è «una pietra miliare nel campo della scienza e dell'ingegneria della fusione», perché dimostra che abbiamo la tecnologia per produrre energia di fusione in modo affidabile. Questo significa quindi che le centrali a fusione sono alle porte? No, non ancora. La strada per la costruzione di vere e proprie centrali nucleari a fusione è ancora lunga e irta di ostacoli.

JET è infatti un impianto dimostrativo, il cui scopo è mostrare che ricavare energia dalla fusione è fattibile tecnologicamente, ma al momento non è in grado – come nessun altro impianto a fusione nel mondo – di ricavare dalla fusione nucleare più energia di quanta ne serva per innescare le reazioni stesse di fusione: il bilancio energetico resta negativo. Ora occorre mettere alla prova questo know-how in impianti non dimostrativi di prossima generazione, come il progetto ITER in Francia.

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Cerchiamo quindi di fare chiarezza, partendo dalle basi e mostrando che punto siamo con l'energia da fusione.

Cos’è la fusione nucleare e qual è posta in gioco: una spiegazione semplice

I progressi nel campo della fusione nucleare non sono solamente una curiosità tecnologica. La posta in gioco è altissima, in quanto la fusione rappresenta una potenziale fonte di energia pulita.

Attualmente infatti produciamo energia dalla fissione nucleare. In parole semplici, le centrali a fissione ricavano energia spezzando i nuclei di atomi pesanti e radioattivi (come l'uranio) in nuclei più leggeri. La fusione nucleare, invece, funziona al contrario, “costruendo” nuclei più pesanti a partire da nuclei più leggeri. In pratica, in una reazione di fusione nucleare due nuclei atomici si combinano dando origine a un nucleo più grande. In questo tipo di reazioni la massa del nucleo finale è leggermente inferiore alla somma delle masse dei nuclei di partenza; la differenza di massa viene convertita in energia.

La fusione ha alcuni notevoli vantaggi: produce più energia a parità di quantità di combustibile usato, non fa uso di combustibili radioattivi, non genera scorie radioattive, non presenta il rischio di reazioni a catena e richiede materie prime più abbondanti e sicure. D'altro canto, imbrigliare la fusione nucleare è estremamente complesso e rappresenta un'enorme sfida tecnologica, perché richiede di portare il combustibile a temperature elevatissime (150 milioni di °C nel caso di JET!), che a sua volta è estremamente dispendioso da un punto di vista energetico. (Ah, e la cosiddetta “fusione fredda”, cioè la possibilità di innescare fusioni nucleari a temperature ambiente, rimane una chimera e con ogni probabilità lo rimarrà ancora per molto tempo…)

La sfida è proprio questa: riuscire a ricavare più energia di quanta ne serve per alimentare la fusione. Se ci riusciremo, avremo a disposizione una fonte energetica pulita, sicura ed estremamente efficiente, con tutto quello che ne consegue in termini ambientali e sociali.

Cos'è JET e come funziona

JET è l'impianto a fusione nucleare più grande al mondo, inaugurato a Oxford nel 1984 e che ormai, con 40 anni di attività alle spalle, si avvia ormai ad “andare in pensione”.

Tutti i reattori a fusione hanno in comune una cosa: devono portare del combustibile a temperature altissime in modo da vincere la repulsione elettrostatica tra i nuclei atomici permettendo così la fusione dei nuclei stessi. Il combustibile deve essere quindi portato allo stato di plasma, cioè una sorta di gas ma composto da particelle cariche invece che di atomi.

Gli impianti a fusione si distinguono in come producono il plasma e come lo mantengono confinato. L'approccio di JET è quello dei tokamak, reattori “a forma di ciambella” che tengono a bada il plasma tramite campi magnetici (in gergo tecnico si dice che i tokamak sono reattori a confinamento magnetico). Il plasma viene portato alle temperature desiderate tramite particolari radiazioni elettromagnetiche o particelle ad alta velocità.

La “ciambella” di JET ha un diametro di 6 metri e confina il plasma con campi magnetici di circa 3,5 tesla (che è enorme: per confronto, il campo magnetico terrestre è di circa 0,00005 tesla).  Il plasma è composto da una miscela di deuterio e trizio, che si è rivelato essere il combustibile più promettente per generare energia tramite fusione nucleare ottenendo come prodotto l'elio, che è un elemento non radioattivo e non inquinante.

Il passaggio di testimone: da JET a ITER

Quello appena annunciato da EUROfusion potrebbe essere l'ultimo grande risultato ottenuto dal progetto JET. La dismissione dell'impianto ormai è vicina, e la potenza raggiunta in quest'ultimo record (quasi 14 megawatt) rappresenta il limite funzionale operativo di un impianto come JET. Tutte le informazioni ricavati dai decenni di attività di JET sono comunque state fondamentali per la progettazione di ITER, anch'esso un tokamak in costruzione nel sud della Francia, che una volta completato sarà il più grande progetto di fusione nucleare al mondo.

Tra JET e ITER c'è dunque un rapporto di parentela strettissima: di fatto JET è il precursore di ITER e quest'ultimo sarà l'erede di JET. Per esempio, anche ITER farà uso di combustibile a deuterio e trizio proprio per via degli ottimi risultati raggiungi da JET.

Al momento lo sviluppo di ITER si sta rivelando più complesso del previsto, ma il “passaggio di testimone” avverrà in un prossimo futuro e sarà un salto molto importante, perché a differenza di JET e di altri impianti ITER sarà un reattore vero e proprio, non solo un progetto dimostrativo ma un impianto dotato dei vari sistemi per produrre e distribuire energia per uso civile.