Nella fusione nucleare è davvero arrivata una svolta?
di Tommaso Pribaz
– Fisica

Crediti: UnSplash
Nel dicembre 2022, note fonti giornalistiche hanno riportato che la Nation Ignition Facility, negli Stati Uniti, per la prima volta nella storia ha ottenuto un bilancio energetico positivo utilizzando la fusione nucleare.
La scoperta è stata raccontata con grande entusiasmo, come del resto spesso accade per eventi di questo calibro. Tuttavia, i giornalisti hanno tralasciato alcuni aspetti che, nonostante rendano la scoperta un po’ meno spettacolare, sono di assoluta importanza.
Ma andiamo con ordine. Cos’è la fusione nucleare?
È il 1905 quando il celebre fisico teorico tedesco Albert Einstein enuncia il principio della conservazione della massa-energia, che afferma che qualsiasi corpo possiede un’energia che equivale al prodotto tra la sua massa e il quadrato della velocità della luce, che è costante e pari a circa 300 milioni di metri al secondo. Poiché quest’ultimo valore è estremamente grande, il principio di Einstein dimostra che anche un corpo dotato di massa poco considerevole è capace di rilasciare una grandissima quantità di energia. Per fare un esempio pratico, una lampadina classica da 60 watt consuma circa 216 mila Joule (unità di misura dell’energia nel Sistema Internazionale) all’ora. Un semplice manubrio da palestra dal peso di 2,5 kg, secondo il principio della conservazione della massa-energia, potrebbe rilasciare un’energia circa mille miliardi di volte più grande dei 216 mila Joule di una lampadina. Risulta dunque evidente che, se l’uomo riuscisse a sfruttare tutta l’energia che gli oggetti possono rilasciare, ne ricaverebbe una quantità strepitosamente elevata.
A pensarci e poi provarci sono in molti, ma il primo ad ottenere risultati degni di nota è il fisico australiano Marcus Oliphant nel 1932. Oliphant, infatti, unisce i nuclei di atomi di deuterio e trizio, due isotopi (elementi con lo stesso numero atomico ma differente massa atomica) dell’idrogeno: il nucleo del deuterio ha un protone e un neutrone, quello del trizio un protone e due neutroni. Dopo l’unione, il fisico si rende conto che il nucleo risultante ha massa minore della somma delle due masse dei nuclei che aveva unito. In seguito, il nota che quella differenza di masse non è andata, come aveva creduto all’inizio, “persa”, ma è stata rilasciata sotto forma di energia. Quel giorno, dunque, Marcus Oliphant scopre la fusione nucleare: una reazione nella quale i nuclei di due o più atomi si uniscono tra loro formando il nucleo di un nuovo elemento chimico e, soprattutto, rilasciano energia, poiché il nucleo che viene creato ha massa minore della somma delle masse dei nuclei impiegati.
La scoperta dell’australiano avviene quasi contemporaneamente a quella della fissione nucleare, che sfrutta gli stessi identici principi della fusione, ma al contrario: invece di creare un nucleo partendo da due, ne crea due partendo da uno più grande. La fissione, inoltre, appare più semplice da mettere in atto e, soprattutto, genera quantità di energia decisamente superiori rispetto alla fusione, che purtroppo ogni volta genera meno energia di quanta ne serva per attuarla.
Sarà quindi la fissione nucleare a essere utilizzata per produrre le famose bombe atomiche, che causeranno centinaia di migliaia di morti durante la Seconda Guerra Mondiale, e i cui effetti sulla popolazione mondiale si faranno sentire per decenni.
Dopo la guerra, gli anni ’50 e ’60 del Novecento saranno caratterizzati da un forte ottimismo per il potenziale dell’energia nucleare e dunque inizieranno studi, con il fine di capire come utilizzare il nucleare per fornire energia a basso costo e illimitatamente.
Vista la grande dimostrazione di forza data dalla fissione durante i conflitti armati, però, ancora una volta la fusione sarà “messa in ombra”, e si inizieranno a costruire centrali a fissione. Come in molti sanno, purtroppo, durante gli anni successivi il nucleare sarà la causa di alcuni disastri, come quello di Chernobyl nel 1986, che porteranno il mondo ad avere molta più sfiducia in questa fonte di energia: per fare un esempio, le uniche 4 centrali nucleari presenti in Italia saranno tutte chiuse prima dell’anno 2000.
Inizierà un periodo, che continua ancora oggi, in cui la fissione non suscita molta fiducia, e la fusione continua ad essere studiata, senza però ottenere risultati soddisfacenti. O almeno, fino al dicembre del 2022.
Cosa è successo a dicembre negli USA
La National Ignition Facility statunitense nel dicembre del 2022 ha messo in atto una fusione nucleare a confinamento inerziale, cioè una fusione in cui i già citati deuterio e trizio vengono isolati. I due atomi sono tenuti uniti grazie alla propria inerzia, fino a quando non si sviluppa un numero di reazioni di fusione sufficiente ad avere un bilancio energetico globale positivo. Ma vediamo il tutto più nel dettaglio.
Per questo esperimento, vengono utilizzati 192 fasci di raggi laser, che attaccano un cilindro, chiamato Hohlraum (termine tedesco che significa “cavità”), all’interno del quale è contenuta una minuscola sferetta di plastica, contenente a sua volta miscele di deuterio e trizio. L’energia dei laser causa una compressione della pallina, che favorisce la fusione tra gli atomi contenuti all’interno, e il conseguente rilascio di energia.
Ebbene, questa fusione è stata la prima di sempre a produrre una quantità di energia maggiore di quella che era stata utilizzata per mettere in atto la reazione, cioè quella“sparata” sul cilindro Hohlraum. Dati alla mano, il rapporto tra i due valori, chiamato in gergo “Q”, è stato di 1,54. Il risultato è dunque sicuramente storico, ma ciò che in molti si sono dimenticati di considerare è che l’energia immessa nel cilindro non equivale affatto all’energia totale del sistema. Per fare un esempio, nell’energia totale è compresa anche quella necessaria a far funzionare i 192 laser, che è una quantità considerevole. Come affermato in un’intervista dal divulgatore scientifico Luca Romano, infatti, per ottenere un effettivo guadagno di energia da una fusione nucleare, con il fine di applicarla in maniera pratica, sarebbe necessario che “Q” fosse addirittura superiore a 100, un numero spaventosamente maggiore del risultato ottenuto negli USA. Risulta dunque evidente che siamo ancora assai lontani dall’utilizzare la fusione nucleare per provvedere al fabbisogno energetico nel mondo. Ma non dobbiamo disperare.
Uno sguardo al futuro
Fatta chiarezza sui risultati dell’esperimento, la fusione sembra una risorsa energetica impossibile da impiegare in maniera pratica. Tuttavia, è giusto ricordare che tutte le grandi tecnologie hanno richiesto tempo per essere sviluppate in maniera completa. Per intenderci, la scoperta avvenuta nel dicembre 2022 potrebbe essere paragonata al primo funzionamento di un motore a scoppio. Siamo ancora lontani da un’applicazione concreta, stimata approssimativamente dalla comunità scientifica al 2060, ma abbiamo gettato delle basi importanti.
Non resta dunque che attendere con fiducia e pazienza il progresso scientifico.