Fusione nucleare

Nella Fusione Nucleare due nuclei atomici leggeri (es. idrogeno) si fondono per formarne uno più pesante (l'opposto della fissione nucleare dove un atomo pesante, es. uranio, viene scisso in atomi più leggeri), con perdita di massa e quindi con liberazione di energia secondo la famosa equazione E=mc2. Il processo è analogo a quello che avviene nel Sole

La prima produzione di energia da fusione nucleare risale al 9 novembre 1991 in Gran Bretagna dove il reattore a fusione sperimentale europeo (Jet) produsse, per la prima volta, energia da fusione nucleare per brevissimo tempo (frazione di secondo)

La realizzazione di tali reattori è però ancora al primo livello di R&S, i passi da compiere per la costruzione del primo reattore commerciale sono tre:

il breakeven, in cui l' energia generata dalla fusione eguaglia quella immessa dall' esterno per mantenere il plasma a temperatura termonucleare. Il breakeven dimostra la fattibilità scientifica del reattore a fusione;

l' ignizione in cui si ha l'autosostentamento della reazione di fusione, ad opera dei nuclei di elio prodotti;

la fattibilità tecnologica quando il rendimento netto di tutto l' impianto è positivo.

La reazione di interesse più immediato è quella che si verifica tra i nuclei di due forme pesanti dell'idrogeno, gli isotopi deuterio e trizio (a temperature di 100 milioni di gradi):

D+T = elio⁴+ neutrone + 17,6 MeV di energia

Questa reazione è la più facile da realizzare ed è  anche la più efficiente al fine della produzione di energia.
Prodotti della reazione sono l'elio⁴, isotopo dell'elio, detto anche particella alfa che porta, sotto forma di energia cinetica, 1/5 dell'energia totale prodotta nella reazione (3,5 MeV) e un neutrone che ne porta i 4/5 (14,1 MeV).

Il deuterio è abbondante nell' acqua di mare (30 g /m³) mentre il trizio, materiale radioattivo con un tempo di dimezzamento di 12.36 anni, non esiste in quantità apprezzabili in natura e deve quindi essere generato.

Nel futuro reattore a fusione i neutroni, che trasportano l' 80% dell' energia prodotta, saranno assorbiti in un "mantello", posto intorno al nocciolo del reattore stesso, contenente litio ( Li ), che si trasforma in trizio ed elio secondo le reazioni:

Li⁷ +n= He⁴+T+n* -2.5 MeV  (n*= neutrone lento)

Li⁶ +n= He⁴+T + 4.86 MeV 

Il litio naturale (di composizione 92.5% Li⁷, 7.5% Li⁶) è relativamente abbondante nelle rocce della crosta terrestre (30 parti per milione ) ed è presente, in concentrazione minore, anche negli oceani.
Il "mantello" di litio contribuisce insieme ad altri materiali a moderare i neutroni.

Approfondimenti
www.fusione.enea.it
www.iter.org

Plasma focus
www.fusion.org.uk
www.llnl.gov

Ruolo della fusione nucleare nei sistemi energetici futuri.
www.energoclub.org/nucleare-termofusione.pdf
a cura dell'ing. Paolo Gennari