Fissione e fusione nucleare: differenze e difficoltà

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Annunciata dal People’s Daily, la notizia dell’avvio di un nuovo reattore nucleare cinese ha rapidamente invaso le testate giornalistiche di tutto il mondo, ravvivando dubbi e perplessità che il corso della storia ha purtroppo contribuito a fondare.
Dopotutto, alcune conseguenze delle odierne centrali nucleari a fissione sono tristemente note.

Qual è la novità, potreste chiedere.
Tuttavia, vorrei rimbalzare questa perplessità sulle seguenti domande: quali sono le differenze tra fissione e fusione nucleare? Quali sono i vantaggi e le difficoltà nel realizzare un reattore a fusione?

Cercherò di rispondere con semplicità ad entrambe le questioni, ma vorrei partire da una piccola anticipazione: la realizzazione di un reattore a fusione è tutt’oggi una delle frontiere dell’ingegneria nucleare, volta alla produzione in larga scala di energia pulita e rinnovabile, senza rischi o rifiuti.

Quali sono le differenze fra un reattore a fissione ed uno a fusione?

Alla base una soltanto: il tipo di reazione, rispettivamente fissione e fusione nucleare. 

I reattori odierni, diffusi praticamente in tutto il globo, producono energia sfruttando l’instabilità di nuclei atomici estremamente pesanti, come l’uranio 235. Questo numero è chiamato numero di massa ed indica il totale di protoni e neutroni che compongono l’atomo.
Quando il numero di massa diventa estremamente alto, come nel caso dell’uranio 235, il collante che tiene uniti gli atomi vacilla ed è sufficiente una piccola spinta per spezzare il nucleo in due corpi più piccoli, liberando una quantità di energia molto maggiore rispetto a quella richiesta per avviare il processo.
Come molti fenomeni in fisica la causa può sembrare misteriosa, ma di fatto la sua spiegazione risale al nostro premio Nobel Enrico Fermi: è la fissione nucleare.

Immaginate di tagliare un foglio di carta, producendo energia elettrica mentre le vostre forbici separano la carta.
Semplice e comodo, o quasi. Infatti quel “quasi” è una scoria, ma ne riparleremo a breve.

Un reattore a fusione, come il nuovo HL-2M cinese, sfrutta invece il processo inverso, la fusione nucleare (o meglio punta a sfruttare la fusione, essendo ancora sperimentale).
In alcuni casi, soprattutto per elementi molto leggeri, l’unione a livello nucleare è in grado di liberare energia. Il motivo è che lo stato finale è più leggero di quello di partenza.

Confusi? È sufficiente tornare all’esempio del foglio: incollare i frammenti di un foglio strappato può portarvi ad una bella soddisfazione, no? Avete guadagnato energia, più di quanta ne abbiate spesa per arrivare al risultato.
In fisica nucleare questo vale per fogli più leggeri del ferro, ma confido che per voi potrebbe essere lo stesso.

Fissione e fusione a confronto (immagine a cura della redazione di Spazii)

Qual è il vantaggio di sfruttare la fusione nucleare?

La mancanza di scorie. 

Così come una locomotiva a vapore produce una grande quantità di fumi tossici per spostarsi, così la fissione nucleare dei reattori odierni ha lo svantaggio di generare dei rifiuti, o scorie, che richiedono di essere gestiti in quanto pericolosi.

La fusione nucleare invece non è soltanto in grado di produrre potenzialmente più energia, ma non genera scorie radioattive. Gli studi attuali infatti, focalizzati sulla fusione dell’idrogeno, non generano altro che semplice elio, protoni e neutroni.
Per questo, la fusione dell’idrogeno è anche in grado di auto sostenersi una volta innescata, continuando a produrre energia (ed elio).

Come riporta la collaborazione ITER, a cui partecipano 35 paesi in tutto il mondo, anche i numeri parlano chiaro. A parità di massa utilizzata per innescare la reazione, una fusione nucleare produce fino a quattro volte più energia di una fissione nucleare e quasi quattro milioni di volte più energia dell’utilizzo di un combustibile fossile.
Il tutto senza rifiuti.

Quali sono le difficoltà nel realizzare una centrale a fusione nucleare?

Le condizioni estreme richieste per innescare la reazione.

La fusione nucleare è il motore delle stelle, come il nostro Sole. E se queste riescono a raggiungere, grazie all’estrema pressione all’interno del nucleo, temperature proibitive ben al di sopra del milione di gradi Celsius, tali condizioni sono estremamente difficili da emulare sulla Terra.
Senza contare inoltre che la reazione deve essere mantenuta attiva e l’idrogeno, ridotto ad un plasma caldissimo, deve essere isolato da qualsiasi contatto possa raffreddarlo.

Da notare che questa necessità impedisce anche qualsiasi tipo di incidente, perché la reazione avviene nel vuoto e semplicemente si ferma nel caso la temperatura diminuisca.

Il futuro dell’energia rinnovabile.

Per concludere, la fusione nucleare è in grado di giocare un ruolo fondamentale nella produzione di energia pulita su scala globale. E non si tratta soltanto di ridurre le emissioni di gas serra, ma di prevenire conseguenze dannose ed evitare la produzione di scorie.
Ne abbiamo parlato di recente in un articolo: anche la fissione come reazione in sé è “pulita”, ma è impossibile non considerare nel quadro completo anche lo stoccaggio delle scorie ed i passati incidenti.

Per questo i risultati preliminari dell’esperimento HL-2M sono attesi con trepidazione dalla comunità globale, in primis la stessa collaborazione ITER.

Senza dubbio, che la fusione nucleare sia la risposta o solo una parte di essa, i prossimi decenni saranno fondamentali nel garantire una soluzione ad uno dei problemi più impellenti e discutibilmente trascurati della storia dell’umanità.

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