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Scienziati negli Stati Uniti e in Europa hanno raggiunto nuove pietre miliari nel viaggio verso la creazione di energia. Ma cos’è la fusione nucleare?

La fusione nucleare è ciò che accade nel Sole e in altre stelle e comporta l’unione di due nuclei atomici per crearne uno più grande.

L’energia da fusione offre la prospettiva di una fonte di energia quasi inesauribile per le generazioni future, ma c’è ancora molta strada da fare.

Un nuovo record per la quantità di energia prodotta da fusione è stato stabilito da alcuni scienziati in Inghilterra, più che raddoppiando il risultato precedente. I ricercatori hanno affermato di aver raggiunto 59 megajoule di energia di fusione sostenuta – lo stesso processo che alimenta le stelle, incluso il sole – in una struttura a Culham, vicino a Oxford, nel febbraio 2022.

Ian Chapman, il capo dell’Autorità per l’energia atomica del Regno Unito, lo ha descritto come un evento fondamentale che avvicina i ricercatori alla conquista di una delle più grandi sfide della scienza. Ha superato la soglia precedente di poco meno di 22 megajoule di energia totale raggiunta nel 1997, hanno affermato.

Gli scienziati hanno avvertito che sono ancora necessari anni di lavoro e il livello di energia raggiunto finora è modesto. L’energia prodotta nell’ultimo esperimento, ad esempio, è stata sufficiente per far bollire circa 60 bollitori d’acqua.

Stiamo costruendo le conoscenze e sviluppando la nuova tecnologia necessaria per fornire una fonte di energia sostenibile e a basse emissioni di carbonio che aiuti a proteggere il pianeta per le generazioni future. Il nostro mondo ha bisogno di energia da fusione.

ha affermato Chapman.

Arriva dopo che un’altra pietra miliare è stata superata negli Stati Uniti alla fine di gennaio 2022. Usando il laser più grande del mondo, gli scienziati hanno convinto per la prima volta il combustibile da fusione a riscaldarsi oltre il calore in cui lo scaricavano, ottenendo un fenomeno chiamato plasma in fiamme che ha segnato un passo avanti verso l’energia di fusione nucleare autosufficiente.

Che cos’è esattamente la fusione nucleare?

Le nostre attuali centrali nucleari utilizzano la fissione nucleare, dividendo essenzialmente il nucleo di un atomo.

La fusione nucleare è ciò che accade nel Sole e in altre stelle e comporta l’unione di due nuclei atomici per crearne uno più grande. Entrambe le reazioni rilasciano grandi quantità di energia, ma con la fusione nucleare si ha un rendimento energetico molto elevato e una produzione di scorie nucleari molto bassa.

La fusione si verifica quando due atomi di luce si legano o si fondono per crearne uno più pesante. La massa totale del nuovo atomo è minore di quella dei due che lo hanno formato; la massa “mancante” viene emessa sotto forma di energia, come descritto dalla famosa equazione E=mc2 di Albert Einstein .

Esistono diverse “ricette” per cucinare la fusione, che si basano su diverse combinazioni atomiche.

La combinazione più promettente oggi è la fusione di un atomo di deuterio con uno di trizio. Il processo, che richiede temperature di circa 72 milioni di gradi Fahrenheit (39 milioni di gradi Celsius), produce 17,6 milioni di elettronvolt di energia.

Il deuterio è un ingrediente promettente perché è un isotopo dell’idrogeno. A sua volta, l’idrogeno è una parte fondamentale dell’acqua. Un gallone di acqua di mare (3,8 litri) potrebbe produrre tanta energia quanto 300 galloni (1.136 litri) di benzina.

Mettere in pratica la teoria

Sebbene l’energia da fusione offra la prospettiva di una fonte di energia quasi inesauribile per le generazioni future, ha anche presentato molte sfide scientifiche e ingegneristiche finora insormontabili.

Nel Sole, enormi forze gravitazionali creano le giuste condizioni per la fusione nel nucleo della stella, ma sulla Terra sono molto più difficili da raggiungere.

Il combustibile di fusione – diversi isotopi dell’idrogeno – deve essere riscaldato a temperature estreme dell’ordine di 50 milioni di gradi Celsius, e deve essere mantenuto stabile sotto un’intensa pressione, e sufficientemente denso e confinato abbastanza a lungo da consentire ai nuclei di fondersi.

Nell’ultimo esperimento, le reazioni di fusione del progetto congiunto europeo JET hanno raggiunto 59 megajoule di energia per un periodo di cinque secondi. Espresso come unità di potenza, arriva a poco più di 11 megawatt in media su cinque secondi. Il record precedente di 22 megajoule era l’equivalente di 4,4 megawatt in media su cinque secondi.

Tony Donne, responsabile del programma del gruppo EUROfusion responsabile della ricerca, ha affermato che il risultato mostra che gli scienziati sono sulla strada giusta.

Se riusciamo a mantenere la fusione per cinque secondi, possiamo farlo per cinque minuti e poi per cinque ore mentre miglioriamo i nostri macchinari

ha detto Donne.

Sibylle Gunter, direttrice scientifica del Max Planck Institute for Plasma Physics, ha affermato che il risultato aiuterebbe a realizzare l’esperimento ITER su larga scala nel sud della Francia quando il progetto sarà online. Attualmente è in costruzione. ITER è un progetto di ricerca sulla fusione sostenuto da Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti.

L’era della fusione nucleare e di una fornitura inesauribile di energia potrebbe finalmente avvicinarsi.

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