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Nuclear fusion, bitches! Ecco come funziona la fusione nucleare

Nuclear fusion, bitches! Ecco come funziona la fusione nucleare

Qual è il primo pensiero che ti viene in mente quando leggi “nucleare”? Sono forse pensieri legati a qualcosa di brutto, come una bomba atomica magari? L’argomento del nucleare è sempre stato molto delicato, non tutti hanno il coraggio di affrontarlo prendendo le sue “difese”. Eppure, che lo vogliamo o no, il nucleare è un argomento che ad oggi è una realtà. Scienziati e ingegneri infatti, lavorano da anni alla realizzazione dei primi reattori a fusione nucleare, il quale oltre a produrre una quantità infinita di energia, ci permetterà di salvaguardare, anche dal punto di vista ecologico, il nostro pianeta. Vediamo insieme questo processo che cambierà il mondo e gli ultimi sviluppi nella ricerca legata ad essa.

Fusione nucleare

La fusione nucleare è l’unione di due nuclidi leggeri per formare un nuclide più pesante (idrogeno + idrogeno = elio), con rilascio di energia. I processi di fusione vengono spesso chiamati reazioni termonucleari, perché richiedono che le particelle che collidono abbiano un’energia cinetica molto alta, corrispondente a temperature di milioni di gradi. Lo stesso identico processo avviene ed alimenta il Sole e le altre stelle.Il risultato globale del processo è la conversione di nuclei d’idrogeno in nuclei di elio, e viene detto combustione dell’idrogeno. La fusione nucleare controllata, quindi, è un’alternativa interessante alla fissione nucleare, poiché potrebbe produrre una quantità praticamente illimitate di energia da sorgenti disponibili di combustibile senza conseguenze per l’ambiente! Per avere un’idea, un impianto di produzione energetica convenzionale produce circa 1 GW  di potenza, consumando circa 2,5 milioni di tonnellate di carbone all’ anno. La stessa quantità di energia prodotta mediante fusione nucleare consumerebbe meno di 10 kg di isotopi di idrogeno; non sorprende dunque che si stia investendo nella ricerca sulla fusione nucleare?

L’unico ostacolo è innescare una fusione nucleare. È difficile poiché i due nuclei si devono scontrare con sufficiente energia per superare la barriera di energia potenziale repulsiva tra gli isotopi dell’idrogeno, barriera che può essere immaginata come un’energia di attivazione della reazione: sono richieste temperature dell’ordine di 100 milioni di K per farla avvenire a velocità accettabili. Sono stati sviluppati due diversi tipi di approccio per raggiungere delle temperature così elevate: il confinamento magnetico ed il confinamento inerziale. La fusione mediante confinamento magnetico utilizza campi magnetici come “pareti” per contenere il plasma (gas ionizzato) ad alta temperatura, poiché non esistono materiali che possano resistere a tali temperature (fenomeno che avviene nelle corone solari). Il combustibile viene scaldato, in parte, mediante assorbimento della radiazione elettromagnetica con lo stesso procedimento con cui i cibi si scaldano nel forno a microonde. La fusione per confinamento inerziale, invece, utilizza laser ad alta potenza per comprimere e scaldare il combustibile ad alte densità e temperature. La differenza principale tra i due metodi di confinamento è che quello magnetico scalda il combustibile a pressioni basse per tempi lunghi, mentre quello inerziale scalda e comprime il combustibile praticamente nello stesso momento.

 

        Esempio di un reattore a fusione nucleare

Symposium on Fusion Technology

Organizzata dall’ENEA a Giardini Naxos, Symposium on Fusion Technology (SOFT 2018), la conferenza che ha visto la partecipazione di aziende, università e startup nel settore della fusione nucleare incentrato sugli ultimi sviluppi tecnologici legati ad essa. A consegnare i premi e i riconoscimenti, Patrick Anthony Child, vice direttore generale “Ricerca e Innovazione” della Commissione europea. I premi conferiti sono stati per i migliori progetti.

  • Primo premio a Jens Reiser dell’istituto KIT (Germania) per lo sviluppo di un tungsteno duttile: questo materiale dall’ottima conducibilità termica e alto punto di fusione è ideale per applicazioni nella fusione nucleare e in particolare nel reattore come materiale direttamente affacciato al plasma ed esposto al maggior flusso di calore.
  • Secondo premio al robot del ricercatore Simon Kirk dell’agenzia UKAEA (Regno Unito), di dimensioni molto ridotte è in grado di effettuare tagli e saldature all’interno del reattore in posizioni anche nei posti più angusti. Esso permette anche di semplificare il progetto del reattore e di ridurre significativamente i tempi degli interventi di manutenzione.
  • Terzo premio a Ycan Wu dell’istituto INEST (Cina) per lo sviluppo di un codice di trasporto di particelle basato su CAD per applicazioni nucleari e di radioprotezione, utile per stimare gli effetti della radiazione sui componenti del reattore. L’innovazione permette di simulare con un’unica applicazione la diffusione di vari tipi di radiazione in sistemi nucleari complessi e di determinarne gli effetti macroscopici sui materiali.

Un innovativo processo di produzione del tungsteno, un mini robot per saldature delle macchine a fusione e un codice avanzato per valutare effetti radioattivi: sono i tre progetti vincitori del SOFT Innovation Prize della Commissione europea

I vincitori del del Symposium on Fusion Technology

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