La fusione nucleare: energia senza scorie


Un fiume di calore bianco si snoda sul fondo di una macchina a forma di ciambella, prima che la luce rovente salga fino a riempire lo spazio e svanisca, lasciando solo il buio. È questo il momento in cui un esperimento per riprodurre il processo che alimenta il Sole, chiamato energia da fusione, ha stabilito un nuovo record mondiale.
Il 21 dicembre 2021 l’esperimento effettuato presso il Joint European Torus (JET) di Oxford ha mantenuto incandescente per cinque secondi il plasma, producendo una quantità record di 59 megajoule di energia termica. Il precedente record del Jet era di 22 megajoule per meno di un secondo, stabilito nel 1997. Il plasma, per i non addetti, è il quarto stato della materia: è un gas ionizzato, costituito da un insieme di elettroni e ioni e globalmente neutro (la cui carica elettrica totale è nulla). La sua temperatura può variare da qualche centinaio a qualche milione di gradi.
Un esempio banale di plasma a tutti noto è il fulmine, ossia il gas ionizzato generato dalla scarica elettrica che da terra sale verso l’atmosfera.
In pratica è il processo che avviene continuamente nelle stelle e che le mantiene accese.
Pochi giorni dopo, verso la fine di dicembre 2021, il Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) aveva battuto questo record mantenendo per 30 secondi la temperatura fissa di 100 milioni di gradi. Il tokamak coreano continua a macinare record e a superare se stesso.
Il tokamak coreano non è l’unico macchinario al mondo di questo genere: si pensi per esempio che l’Accademia cinese delle Scienze, mossa da grande spirito di competitività nei confronti della Corea, ha annunciato lo scorso giugno che le sperimentazioni condotte sul proprio tokamak hanno portato a tagliare il record dei 101 secondi nel mantenimento della temperatura solare. Ma a che serve battere questi record?
Ma che cos’è il tokamak? Questa parola di origine russa indica un macchinario a forma di ciambella in cui l’idrogeno si trova nello stato della materia chiamato plasma e viene mantenuto lontano dalle pareti interne attraverso la creazione di un forte campo magnetico. In questa “ciambella” è possibile far avvenire un processo detto fusione termonucleare controllata, in cui nuclei di atomi si fondono liberando una grande quantità di energia potenzialmente utilizzabile sotto forma di energia termica o elettrica, ma senza i rischi e la produzione di scorie tipici delle centrali nucleari a fissione.
Come abbiamo detto, questi macchinari rappresentano una risorsa energetica potenzialmente illimitata e una valida alternativa alle inquinanti fonti fossili come carbone o metano. Sappiamo che all’interno del Sole particolari condizioni di gravità ed alte temperature danno a elementi semplici (come l’idrogeno) l’energia necessaria a superare la repulsione dei loro nuclei e a fondersi insieme in atomi più grandi: il risultato di questa fusione dà vita a quantità incredibili di calore. La gravità della Terra non è quella del Sole, e i tokamak rappresentano una sorta di bolla, in cui vengono riprodotte le condizioni ideali per la fusione nucleare che avviene nel nucleo delle stelle, ma sulla Terra. È necessario, tuttavia, che il plasma rimanga caldo abbastanza a lungo da permettere la fusione nucleare e, conseguentemente, la produzione di energia. L’obiettivo del KSTAR coreano è quello di mantenere una temperatura “stellare” per almeno 300 secondi entro il 2025.
Non è un risultato inaspettato. È in realtà il punto d’arrivo di un lavoro che va avanti da oltre vent’anni anni, e il risultato è in linea con quello sperato. Come detto, la fusione nucleare promette una fornitura continua di energia a basso contenuto di emissioni, ma senza il problema delle scorie radioattive del suo sistema cugino, l’energia nucleare da fissione. I risultati ottenuti finora mostrano che l’attuale comprensione della fisica del plasma è corretta. Il risultato suggerisce che la macchina di fusione di tipo tokamak, molto più grande e potente, in costruzione nel sud della Francia, chiamata Iter, potrebbe raggiungere i suoi obiettivi quando sarà accesa nel 2025.