Il dipartimento di Energia degli Stati Uniti ha annunciato un trionfo raggiunto dal National Ignition Facility (Nif) del Lawrence Livermore National Laboratory: i ricercatori sono riusciti a eseguire con successo una reazione di fusione nucleare, producendo più energia di quella necessaria per avviare l’esperimento. Si tratta di un’importante evoluzione in un campo che sta attirando la curiosità degli scienziati da molti anni e che potrebbe trasformare radicalmente il modo di produrre elettricità.
Indice
L’esperimento
Sognare di riprodurre la fusione nucleare, ovvero il processo che fa brillare le stelle, ma in modo controllato, è un obiettivo che diversi laboratori e start up inseguono. Tutti conoscono la ricetta per raggiungerlo: è sufficiente innescare una reazione di fusione nucleare a breve termine, come è stato fatto per le bombe H. L’esperimento del Nif è essenziale per trasformare questo principio in una risorsa pacifica, in grado di mantenere una fusione costante e stabile. Per farlo, è necessario produrre in grandi quantità un plasma ad altissime temperature, che non bruci tutto ciò che lo circonda e non disperda calore.
Nei vari esperimenti svolti finora non era mai stato raggiunto l’obiettivo di produrre più energia rispetto a quella necessaria per innescare la fusione nucleare.
I risultati del Nif
Il 5 dicembre 2022, i ricercatori dei laboratori del Nif 192, hanno eseguito un esperimento in cui hanno fatto esplodere un cilindro di dimensioni pari a quelle di una punta di matita, contenente idrogeno congelato. Dal detonatore, in meno di 100 trilionesimi di secondo, è stata rilasciata una forza energetica di 2,05 megajoule – equivalente a circa mezzo chilo di TNT – che ha provocato una reazione di fusione nucleare. La reazione ha prodotto un flusso di particelle di neutroni con l’equivalente energetico di 1,5 libbre di TNT, generando un guadagno di energia di 1,5.
Il Lawrence Livermore National Laboratory ha raggiunto un risultato notevole, ma lo stesso direttore afferma che occorreranno ancora diversi decenni prima di avere una centrale elettrica a fusione funzionante.
Cos’è la fusione nucleare
Da più di 4 miliardi e mezzo di anni, il Sole illumina e scalda la Terra. La fonte di energia è un processo chiamato fusione nucleare. Ciò include molte reazioni che avvengono nel nucleo stellare, dove la temperatura è di 15 milioni di gradi e la pressione è circa 300 miliardi di atmosfere. Lì, gli atomi di idrogeno si uniscono formando nuclei di elio. La massa dell’elio risultante è leggermente inferiore a quella dei due atomi d’idrogeno iniziali, e la massa mancante si trasforma in energia secondo la legge scoperta da Einstein (E = mc2). Sfruttando la relazione tra massa e energia, il Sole è in grado di generare calore in modo molto efficiente. La legge di Einstein stabilisce infatti che, moltiplicando la massa per “c2” (la velocità della luce al quadrato), una quantità di materia molto piccola genera valori di energia grandissimi.
Da diversi anni, l’obiettivo della scienza è riprodurre in laboratorio le stesse reazioni della natura. Se gli scienziati ci riuscissero, avremmo a disposizione energia pulita in grandi quantità, evitando così di ricorrere a fonti di energia inquinanti come carbone, petrolio e gas naturale.
Un altro vantaggio sarebbe la minima quantità di rifiuti radioattivi che avrebbero una vita limitata, rispetto a quella delle centrali nucleari usate ora, che rimangono radioattive per una quantità di anni davvero elevata.
Prospettive per il futuro
Secondo gli scienziati americani, la sfida della tecnologia nucleare è farla funzionare in modo efficiente anche per un’azienda elettrica. Per riuscirci, la prima difficoltà è applicare questi esperimenti a un reattore nucleare, mentre il secondo aspetto è convertire il calore prodotto in energia elettrica, ma si deve anche considerare che tale meccanismo non è così semplice da replicare.
Per raggiungere il suo risultato, il Nif ha dovuto utilizzare 192 giganteschi laser, usati di solito per simulare le esplosioni delle armi atomiche. Il risultato scientifico ottenuto è sicuramente molto importante, ma è difficile che possa avere un’applicazione immediata.
Nucleare pulito
È improbabile che vedremo l’energia prodotta dalla fusione nucleare uscire dalle prese elettriche prima della metà del secolo. Questo non deve stupire, infatti, l’ingresso sul mercato di fonti energetiche come carbone, gas e petrolio ha richiesto decenni.
Energie green
Negli anni Sessanta, il fisico russo Lev Arcimovič, aveva dichiarato che la fusione nucleare sarà pronta quando la società ne avrà bisogno. Finora però sono stati molto pochi gli investimenti nel campo delle energie alternative, da quelle rinnovabili alla fusione nucleare. La guerra in Ucraina e cambiamenti climatici hanno però accelerato il processo nella ricerca di fonti energetiche alternative e pulite.
I limiti dell’esperimento americano
Gli esperti hanno concluso che la tecnologia laser utilizzata al Nif non è così promettente come altre, come i Tokamak usati in Italia e in Europa. Ciò si deve al fatto che l’energia che ha colpito l’obiettivo è solo una parte dell’energia necessaria, poiché i 192 laser alimentati dal Nif, anche se più potenti di qualsiasi altro al mondo, sono tra i meno efficienti. Per far funzionare i laser, infatti, sono necessari 300 megajoule. Il risultato ottenuto negli Stati Uniti è ancora importante, ma, considerando anche queste informazioni, lo si può mettere in prospettiva.