Sempre a qualche anno dalla fusione nucleare

La fusione nucleare ha fatto un nuovo grande passo avanti con l’esperimento della National Ignition Facility (NIF) statunitense, che è riuscita a liberare dalla reazione più energia di quella usata per innescarla. Un risultato che ha riacceso l’entusiasmo per la tecnologia, che potrebbe vedere un’applicazione commerciale tra qualche decennio. La promessa di una fusione nucleare in un prossimo futuro è stata però ripetuta regolarmente negli ultimi 50 anni di ricerca e il risultato raggiunto dal NIF, per quanto importante, mette in evidenza gli ostacoli che restano da superare prima di mantenerla.

La svolta annunciata dal NIF è quella di essere riusciti a innescare la fusione usando meno energia di quanta ne abbia generata la reazione, un risultato, sul quale sono ancora in corso le verifiche, che non era mai stato raggiunto prima.

Sono 2,05 i megajoules (MJ) di energia “sparati” da 192 laser contro una capsula di idrogeno pesante e la fusione ha prodotto 3,15 MJ. Se si tiene però conto dell’energia necessaria per produrre i fasci laser, il bilancio diventa nettamente negativo: sono infatti stati consumati almeno 400 MJ, con una perdita di energia netta di oltre il 99%.

Prima di riuscire a ricavare in totale più energia di quella consumata sono quindi necessari ancora grandi passi avanti nell’efficienza dei laser usati.

Il combustibile usato nel processo di fusione non è normale idrogeno, ma i suoi due isotopi, deuterio e trizio. Il primo è piuttosto abbondante: circa un atomo su 6'000 nell’acqua degli oceani è di questo isotopo e viene venduto per circa 13 dollari al grammo.

Il discorso è completamente diverso per il trizio: in natura è presente solo in piccole quantità negli strati alti dell’atmosfera, risultato del bombardamento dei raggi cosmici, e i reattori nucleari ne producono piccole quantità. Il prezzo è di circa 30'000 dollari al grammo e secondo stime una centrale a fusione della potenza di 3 gigawatt, tre volte quella del reattore di Leibstadt, ne consumerebbe 167 chili all’anno, con un costo al prezzo corrente di 5 miliardi di dollari. Le scorte attuali a livello globale di trizio sono inoltre stimate a circa 25 chili.

L’applicazione su larga scala della fusione presuppone quindi lo sviluppo di un metodo per produrre il trizio a un prezzo più contenuto. Gli stessi reattori a fusione sarebbero una fonte costante, ma il problema sarà averne una quantità sufficiente per permettere di costruire la prima generazione e dare il via a un circolo virtuoso.

Il metodo usato dal NIF è solo uno di quelli studiati per sviluppare una fusione controllata bombardando una capsula di combustibile con una serie di laser ad alta potenza. Un altro sistema è alla base del reattore sperimentale europeo che a inizio anno ha rotto record di energia prodotta e del più grande reattore a fusione sperimentale in costruzione nel sud della Francia, così come dal laboratorio cinese che ha fissato un nuovo primato di durata della reazione. In questo caso il combustibile viene portato alle altissime temperature necessarie per la fusione tramite risonanza e iniezione di atomi ad alta velocità, e il plasma viene contenuto da un potente campo magnetico.

Se i sistemi sono diversi, i problemi da affrontare sono simili: anche nei reattori a campo magnetico l’energia impiegata per creare la fusione è molto di più di quella prodotta e il combustibile è anche in questo caso una miscela di deuterio e trizio.

L’entusiasmo provocato dal nuovo passo avanti nella lunga strada verso la fusione è legato ai grandi vantaggi promessi dalla tecnologia. Come per la fissione nucleare, che alimenta i reattori attualmente in funzione, il potenziale energetico è altissimo e senza emissione di anidride carbonica, ma nel caso della fusione non si producono scorie radioattive di lunga durata, che restano pericolose per decine di migliaia di anni. I materiali esposti alle radiazioni in un reattore a fusione potrebbero essere riutilizzati o riciclati dopo un secolo circa.

Inoltre, non c’è il rischio di un incidente nucleare, come quello successo a Fukushima: sono necessarie condizioni molto precise per poter raggiungere la fusione e uno squilibrio porterebbe il plasma a raffreddarsi, bloccando così la reazione.

Un ulteriore punto è il rischio limitato di proliferazione: la fusione non impiega plutonio o uranio e in un reattore a fusione non ci sono materiali radioattivi che potrebbero essere usati per produrre armi atomiche.