Fusione nucleare - lo stato dell'arte e l'ITER

Il tokamak

Non è errato affermare che una delle principali sfide che investiranno l'uomo nei prossimi decenni sarà quella di individuare fonti di energia illimitate e pulite, in modo tale da sopperire alla sempre maggiore richiesta da parte dell'umanità senza danneggiare ulteriormente l'ecosistema ed il pianeta nel suo complesso. 

In tale ottica assumono importanza strategica gli studi e le ricerche riguardanti la produzione di energia elettrica attraverso il fenomeno della fusione nucleare.  I meccanismi di reazione legati alla fusione nucleare, sotto certi aspetti diametralmente opposti rispetto a quelli riguardanti la fissione nucleare, sono alla base delle più distruttive bombe atomiche mai realizzate dall'uomo, quelle bombe H all'interno delle quali la reazione di fusione, innescata da una reazione di fissione nucleare, innesca a sua volta un'ulteriore reazione di fissione nucleare.  Nonostante  tale tipo di reazione sia stata ampiamente studiata per fini tutt'altro che pacifici, è proprio l'applicazione nel campo civile che - qualora vengano risolte diverse problematiche strutturali - consentirà all'uomo di avere a disposizione una produzione di energia praticamente illimitata senza emissioni inquinanti e quasi nulla produzione di scorie radioattive da un combustibile facilmente ricavabile dall'acqua. 

Cosa è e come funziona la fusione nucleare.

Nonostante esista in letteratura una discussione che negli anni scorsi è stata molto accesa riguardante la cosiddetta "fusione fredda", gran parte degli sforzi economici in termini di ricerca e realizzazione degli impianti pilota interessa la "fusione calda", quella che avviene da sempre all'interno del nucleo del sole e delle altre stelle del firmamento.  

In determinate condizioni lo scontro fra particelle di deuterio e trizio (isotopi dell'idrogeno), presenti in natura nell'acqua, comporta la fusione di queste in elio (He) e la liberazione di un neutrone e di un'elevatissima quantità di energia (diversi Mev - megaelettronvolt).  

Una delle reazioni utili per tale tipologia di impianto è la seguente:  D+T=4He+n+Q  (con Q=17.6 Mev), ma sono stati fatti studi per realizzare la fusione fra due molecole di deuterio.

I vantaggi dell'utilizzo di tale reazione ai fini della produzione di energia sono numerosi e tali da modificare completamente la vita dell'umanità:

• combustibile inesauribile e disponibile ovunque
• Rischio di incidente nucleare nullo
• Nessuna produzione di scorie nucleari ad alta radioattività a lunga vita
• Nessuna emissione in atmosfera di inquinanti od anidride carbonica

Di contro è proprio l'altissimo livello di tecnologia necessario per rendere l'impianto utile a costituire il maggior svantaggio allo stato attuale.  Per contenere il flusso di plasma ad elevatissima pressione e temperatura (milioni di Kelvin) è necessario un campo magnetico di impressionante intensità in grado di confinare il plasma all'interno delle quali avvengono le reazioni di fusione e salvaguardare le pareti della struttura. 

ITER - il cammino verso il futuro

L'Unione europea, insieme a Stati Uniti, Russia, Cina e Giappone, sta realizzando a Cadarache, nel sud della Francia, un primo prototipo di dimensioni industriali di un reattore nucleare a fusione. ITER (acronimo per International Thermonuclear Experimental Reactor) è un reattore deuterio-trizio in cui il confinamento del plasma è ottenuto in un campo magnetico all'interno di una macchina denominata Tokamak. Il costo previsto per la realizzazione di questo prototipo si aggira intorno ai 10 miliardi di euro. Lo scopo principale di ITER è quello di ottenere una reazione di fusione stabile (500 MW prodotti per una durata di circa 60 minuti).
ITER sarà quindi il primo impianto a fusione di dimensioni paragonabili a quelle di di una centrale elettrica convenzionale conl'arduo compito di dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione come fonte di energia. 

ITER è basato sul concetto di confino magnetico del "tokamak" (tradotto dal russo: Cella toroidale con bobine magnetiche) all'interno del quale il plasma è contenuto in un recipiente vuoto a forma di ciambella. Il combustibile, una miscela di deuterio e trizio, due isotopi dell'idrogeno, è riscaldato a temperature superiori a 150 milioni di gradi °C, formando un plasma caldo. Campi magnetici molto forti, prodotti da bobine di superconduttori circondanti il recipiente (vessel) e da una corrente elettrica guidata attraverso il plasma,  sono utilizzati per mantenere il plasma distante dalle pareti.  Sul sito ufficiale del progetto ITER è possibile "visitare" virtualmente il tokamak.

Va scritto che il problema è legato sopratutto alla realizzazione di un impianto che sia in grado di produrre più energia di quella che ne consuma affinchè la reazione abbia inizio e si possa sostenere.
L'Italia partecipa al progetto attraverso gli studi e ricerche compiuti dal centro ricerche ENEA di Frascati, all'interno del quale c'è un tokamak  la cui camera toroidale ha un diametro di circa 90 mm.