AS_08_2020

Automazione e Strumentazione Novembre/Dicembre 2020 SCENARI primo piano 23 Provenza, nel sud della Francia, dove le strutture destinate a questo reattore sperimentale sono già grandi quanto un paese di campagna. La fusione è un po’ il contraltare potenzialmente più pulito e rinnovabile della fissione nucleare , che ha il limite di consumare uranio, che è una risorsa limitata, e produrre scorie radioattive dif- ficili da gestire. Rispetto alla fusione, che parte dall’unione di elementi più leggeri (come gli iso- topi dell’idrogeno o dell’elio) per ottenerne di più pesanti, la ‘vecchia’ fissione è esemplificabile come divisione di nuclei pesanti per produrne di più leggeri. Comunque, in entrambi i casi, il pro- dotto finale della reazione nucleare ha una massa inferiore alla somma delle sue parti ‘materiali’. Dove vada a finire la massa mancante è spiegato dalla relatività, grazie alla chiarezza e alla sintesi di cui è capace la matematica. Infatti, la teoria della relatività ci insegna, spe- cialmente con la sua formula più nota (E=mc 2 ), che l’energia è contenuta in grande quantità nella materia. Addirittura, una conseguenza di questa stretta relazione tra massa ed energia è che la stessa materia può essere descritta semplice- mente come una forma molto densa di energia . La fusione termonucleare permette quindi di convertire una piccola massa in una grande quantità di energia, dove il rapporto tra la quan- tità di materia che viene ‘trasformata’ e l’e- nergia che viene liberata, principalmente sotto forma di radiazione, è particolarmente conve- niente rispetto alla fissione. Perché è così difficile? Riprodurre sulla terra le condizioni di pressione esistenti nelle stelle è praticamente impossibile e, di conseguenza, per ottenere la fusione di nuclei atomici per via puramente termica, bisogna rag- giungere temperature ancora più alte che nelle stelle . La temperatura è un indice della quantità di calore contenuto nella materia e la sua misura rileva l’energia cinetica media delle particelle. Quando un materiale è riscaldato guadagna ener- gia cinetica e le particelle che lo compongono si spostano più velocemente, con un moto disor- dinato caratterizzato da urti più intensi e fre- quenti . Nel caso specifico della fusione nucleare occorre che l’energia cinetica dei nuclei atomici sia sufficiente a vincere la repulsione coulom- biana, dovuta alla carica positiva dei nuclei ato- mici, che tenderebbero perciò a respingersi. Per raggiungere la temperatura necessaria a pro- durre la fusione dei nuclei atomici, il combusti- bile, composto da isotopi di idrogeno ed elio , deve raggiungere temperature nell’ordine dei milioni di gradi Celsius, passando prima dallo stato di plasma . Trovandosi nella condizione di gas ionizzato, lo stato di plasma appunto, il com- bustibile nucleare diventa un buon conduttore e può essere confinato con dei campi magnetici, in modo che non perda la temperatura e la den- sità necessarie per la reazione. Per mantenere queste caratteristiche, la camera del plasma è anche mantenuta sottovuoto. Il confinamento magnetico non è l’unico possibile e infatti esi- stono anche reattori a fusione che utilizzano sistemi di confinamento inerziale o anche di tipo elettrico-coulombiano. Invece, i tokamak sono macchine con un doppio schema di magneti che costringono il plasma in una forma toroidale , cioè a ciambella. Iter è un tokamak e, a partire dal secolo scorso, le macchine di questo tipo si sono dimostrate essere tra le più promettenti per raggiungere le temperature e le densità di plasma necessarie per ottenere la fusione. In particolare, la temperatura all’interno del toka- mak Iter deve raggiungere i 150 milioni di gradi Celsius , ovvero dieci volte la temperatura al centro del Sole , affinché i gas nella camera a vuoto raggiungano lo stato di plasma e avvenga la reazione di fusione. Inoltre, nei decenni passati, il plasma si è dimo- strato essere molto complesso da controllare . Quando viene riscaldato, come avviene nella termodinamica dei gas, il plasma tende ad espan- dersi e sfuggire al confinamento e, trattandosi di un insieme di materia ionizzata, si innescano anche tutta una serie di instabilità nel dominio dell’elettrodinamica. Una sfida tecnologica senza pari Anche prescindendo dall’ottica della ricerca, Il tokamak Iter manterrà il plasma di fusione confinato in una forma toridale, la ciambella che nella fotografia appare colorata di rosso, grazie ai campi prodotti da potentissimi magneti (fonte: Iter)