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Fusione nucleare, perché è meglio andarci cauti

Gli Usa e l’esperimento con l’energia generata da 192 laser in pochi miliardesimi di secondo. Quali potrebbero essere gli effetti

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Per anni s’è usato dire – scherzosamente (ma non troppo) – che la fusione nucleare controllata è una tecnologia che arriverà fra 30 anni, e così sarà per sempre. Più precisamente, già negli anni Cinquanta del secolo scorso, se ne prevedeva l’avvento entro 10 anni; trascorsi i quali si disse che essa sarebbe arrivata dopo 20 anni; trascorsi i quali s’è detto che sarebbe arrivata dopo 30 anni. Mi sa che oggi potremmo dire che la fusione nucleare arriverà fra 50 anni. A dispetto di annunci sensazionali che ogni tanto vengono divulgati, temo più per ragioni di marketing. Visto che si parla di fusione contrapponendola alla fissione (che è, quest’ultima, la tecnica che consente oggi la produzione elettrica da nucleare) forse conviene rammentare i basilari delle due cose.

Nella fissione si spara un neutrone su un nucleo pesante (tipicamente nucleo di uranio, costituito di 92 protoni e 143 neutroni. Il nucleo di uranio si rompe in due nuclei più leggeri (che costituiranno quelle che sono chiamate “scorie”) e un paio di neutroni. Senonché, la massa di questi prodotti di reazione è inferiore alla massa del nucleo d’uranio di partenza: la massa m mancante s’è trasformata in energia E – vale sempre la famosissima equazione di Einstein E=mc2, dove c è la velocità della luce – che è poi trasformata in energia elettrica, esattamente come si trasforma in energia elettrica l’energia liberata dalla combustione di carbone o di gas. L’utilità pratica del tutto è grazie a quel paio di neutroni: uno di essi è disponibile per rompere un altro nucleo d’uranio, e così via in un processo a catena che procede da solo e libera, appunto, energia. L’abilità degli ingegneri e dei fisici nucleari è stata l’aver fatto procedere la reazione a catena in modo controllato (cioè non esplosivo – quest’ultima circostanza, invece, è ciò che avviene nella bomba).

Può essere di giovamento ricordare che anche la normale reazione di combustione procede a catena. L’energia da un fiammifero comincia con l’energia che ci mettete quando lo sfregate, ma poi il fiammifero brucia da solo (a indurre la reazione a catena non sono neutroni ma radicali liberi): se doveste continuare a sfregare, la combustione non sarebbe di molto giovamento.

Nella fusione nucleare, a differenza che nella fissione nucleare, due nuclei leggeri si comprimono in uno più pesante. Anche ora la massa del nucleo finale risulta inferiore a quella dei due nuclei iniziali, cosicché anche ora, come prima, si ottiene energia. I due nuclei leggeri più promettenti candidati sono il deuterio (1 protone e 1 neutrone) e il trizio (1 protone e 2 neutroni) che, quando fondono, formano un nucleo di elio (2 protoni e 2 neutroni) e 1 neutrone, che contribuisce alla produzione d’energia. Un grosso problema per realizzare la fusione nucleare nasce dal fatto che i due nuclei che fondono hanno carica elettrica concorde e si respingono con una forza tale da impedire la fusione. Se essa avviene nel sole è perché nel suo cuore la pressione è di oltre 100 miliardi di atmosfere e la temperatura di oltre 10 milioni di gradi.

Per realizzare la fusione nucleare in un laboratorio sulla Terra, il primo problema da risolvere è trovare il modo di contenere in uno spazio confinato i reagenti e i prodotti della reazione. I quali devono essere confinati in modo tale da non toccare le pareti del contenitore, perché nessun contenitore potrebbe sostenere quelle pressioni e temperature. I nuclei reagenti e prodotti sono particelle elettricamente cariche e pertanto sono confinabili da opportuni campi magnetici entro spazi di forma toroidale, senza bisogno di entrare in contatto con le pareti di alcun recipiente. Macchine con questa funzione (tokamak) furono per la prima volta costruite da scienziati e ingegneri russi, che alle fine degli anni Cinquanta realizzarono il primo tokamak.

A tutti noi interessa una produzione d’energia che sia superiore all’energia spesa per realizzare la fusione. Come spesso accade, però, tra il dire e il fare… Anche perché per decenni ci si è concentrati, comprensibilmente, sulla realizzabilità della fusione nucleare piuttosto che sulla praticità dell’intero processo.

Affinché una tecnologia di produzione elettrica sia praticabile, essa deve essere economicamente interessante, regolabile con norme semplici e accettata dall’opinione pubblica. Al momento attuale non c’è nulla che faccia pensare che eventuali impianti a fusione – la loro massa è dell’ordine di 100 volte quelli a fissione – possano essere economicamente interessanti. Uno dei più importanti progetti di ricerca, nato alla fine degli anni Ottanta, è il progetto Iter (in corso in Francia) che si propone di produrre 500 megawatt termici. Ma nel frattempo i costi son talmente lievitati (da 6 miliardi inizialmente stimati a 60 miliardi in corso d’opera), che non si capisce se sia più imbarazzante interrompere o continuare. Mi auguro che non si lascino abbattere e continuino la ricerca.

Spesso si sente dire che, a differenza della fissione che produce rifiuti radioattivi, la fusione è pulita. Questa diceria non la comprendo: il fatto stesso che la reazione di fusione (almeno quella tra deuterio e trizio, che è la più popolare) produca neutroni, indurrà necessariamente radioattività nelle strutture di contenimento, che saranno sicuramente necessarie per la protezione dell’esterno da eventuali esplosioni. Questa circostanza, finora tenuta sotto traccia, non può non emergere nel momento (per ora lontano) in cui dovesse concretizzarsi la fattibilità della cosa. I Verdi tacciono perché non sanno e perché la cosa non sembra riguardare questa generazione, ma al momento opportuno faranno sentire la loro voce, tal quale come la fanno sentire quando la società vuol realizzare anche solo un passo carrabile.

La mia impressione è che tutto questo ambaradan sulla fusione nucleare possa indurre un dietro-front-compagni non appena qualcuno proporrà una reazione che – a differenza di quella tra deuterio e trizio, che al momento va per la maggiore – non produca neutroni. Se questo avviene e si diventa consapevoli della cosa, il futuro della fusione si sposterà di altri 50 anni. Una cosa che io non ho mai capito è perché l’umanità, quando ha disposizione delle cose – penso alla collaudata e solida fissione nucleare – che se pur non meravigliose sono però degne del massimo rispetto, faccia tanto la difficile. Trattasi di stupidità, masochismo, o cosa?

Franco Battaglia, 17 dicembre 2022