A che punto siamo con la fusione nucleare? I progetti attualmente in corso
La fusione nucleare è una delle possibili alternative energetiche alle fonti fossili e all'intermittenza delle rinnovabili: è lo stesso processo che avviene nel Sole e in molte altre stelle. Se ne sente parlare da vari decenni, ma perché ci sono solo progetti sperimentali? Quali sono quelli operativi? In questo articolo andremo a fare una panoramica non solo sulla fusione nucleare in generale ma anche sui principali tipi di reattore attualmente in opera.
La fusione nucleare controllata
La fusione nucleare è un processo molto complesso che necessita la presenza di un plasma caldo (parliamo di milioni di gradi) formato da deuterio e trizio – due isotopi dell'idrogeno che si presentano come gas molto leggeri. Le altissime temperature sono necessarie per vincere la forza elettrostatica repulsiva dei nuclei positivi, riuscendo a farli avvicinare e infine a farli fondere, generando energia. Il processo non è continuo e deve essere controllato per convertire l'energia liberata in energia elettrica, sfruttabile dall'uomo.
Dal punto di vista ingegneristico, tale processo richiede un complicato sistema di raffreddamento e di confinamento magnetico e, di conseguenza, un grande dispendio di energia. Affinché la reazione di fusione produca energia utile, è necessario che l'energia prodotta dalla reazione sia superiore a quella spesa dall'impianto per funzionare. A partire dagli anni '50 sono state sviluppate diverse tecnologie di reattori e, tra le varie, le più utilizzate sono quelle a confinamento magnetico e a confinamento inerziale. Vediamo insieme le diverse configurazioni e qualche esempio.
In questa categoria rientrano principalmente tre famiglie di reattori: i tokamak, gli stellator e gli impianti a strizione a campo rovesciato.
I tokamak
I tokamak sono reattori di forma toroidale (potremmo dire "a ciambella") ideati dagli scienziati sovietici negli anni '50. Di questa tipologia uno tra i più famosi è il Joint European Torus (JET), costruito vicino ad Oxford nel Regno Unito negli anni '70: nonostante fosse un portento di tecnologia per l'epoca, riuscì solamente a produrre circa due terzi dell'energia necessaria per metterlo in moto. Negli anni '90 anche l'Italia inaugurò il Frascati Tokamak Upgrade (FTU), dalle cui ceneri nacque poi il Divertor Tokamak Test (DTT). Si trattava di un reattore creato per studiare e migliorare il divertore, un componente oggi essenziale per rimuovere dai reattori il calore generato e i prodotti di fusione.
Attualmente uno dei progetti più ambizioni è il reattore ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), realizzato a Cadarache, in Francia. Se tutto andrà come da programma, la sua costruzione dovrebbe terminare nel 2025 e, incrociando le dita, sarà il primo impianto in grado di produrre tanta energia quanta ne verrà spesa per azionarlo. Se questo reattore darà esito positivo si proseguirà con la realizzazione di DEMO (DEMOnstration Power Plant), un reattore simile a ITER ma progettato per produrre energia da distribuire nella rete elettrica.
Gli stellator
Wendelstein 7–X.
Gli stellator sono reattori a forma elicoidale ideati durante anni '50 negli USA. Dopo un periodo di abbandono iniziato a partire dagli anni '70, recentemente stanno tornando in auge: tra le nuove installazioni si trova il Wendelstein 7-X in Germania, completato nel 2015 – il più grande mai costruito. Da citare anche il Large Helical Device (LHD) attivo in Giappone dal '98 e l'Helically Symmetric Experiment (HSX) attivo negli Stati Uniti dal '99.
Gli impianti a strizione a campo rovesciato
Reversed Field eXperiment (RFX). Credit: Ugo Paccagnella, CC BY–SA 4.0 , via Wikimedia Commons
Dell'ultima categoria di reattori a confinamento magnetico fanno parte i reattori toroidali sperimentali in cui una parte del campo magnetico è prodotto dal plasma stesso. Fra tutti, uno tra i principali è il Reversed Field eXperiment (RFX), costruito al CNR di Padova.
Reattori a confinamento inerziale
I reattori a confinamento inerziale, a differenza di quelli visti in precedenza, utilizzano una sorgente esterna come un laser o un fascio ionico per fornire il calore necessario per riscaldare localmente il gas e innescare il processo di fusione. Nel 2013 il National Ignition Facility (NIF) a Livermore negli Stati Uniti dichiara di aver prodotto grazie ai suoi 192 raggi laser tanta energia quanta ne è stata utilizzata per attivarlo.
Lawrence Livermore National Security, CC BY–SA 3.0, via Wikimedia Commons
Per approfondire ecco un video che abbiamo realizzato sulla fusione nucleare e il progetto ITER:
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