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Il Tokamak e la fusione magnetica, una fonte di energia alternativa?

Categorie Chimica · Fisica

Ancora oggi parliamo dei combustibili fossili come la principale fonte energetica. Tuttavia, l’accelerazione del cambiamento climatico ci sta mettendo in guardia da molto tempo sul dover necessariamente diminuirne il loro consumo. Oggi tra le tantissime fonti d’energia a noi disponibili, che potrebbero sostituirlo, esiste anche la fusione magnetica che genera una grandissima quantità di energia, priva di emissioni di anidride carbonica. Ma che cos’è la fusione magnetica?

Il Sole come musa ispiratrice

sole fusione magnetica

Il Sole è la principale sorgente d’ispirazione proprio perché nel suo interno, come anche nelle altre stelle, si svolge un processo continuo di fusione magnetica, mediante il quale gli atomi di idrogeno si uniscono per formare elio e rilasciare energia. Affinché si possa mettere in moto la fusione magnetica, il Sole deve raggiungere condizioni estreme di temperatura e pressione, e ciò è possibile grazie alla massa e ai campi gravitazionali di cui dispone. La temperatura e la pressione elevate, creano un plasma in cui l’atomo di idrogeno non è in grado di trattenere i propri elettroni, e in queste condizioni il nucleo dell’idrogeno si carica positivamente.

Di norma, quando due cariche dello stesso segno s’incontrano, si respingono per le forze elettrostatiche repulsive. In tal caso, però, grazie alle temperature elevate questo effetto repulsivo viene soppresso, favorendo la fusione tra particelle dello stesso segno. Cosa implica tutto questo? Più calore e dunque più energia.

Il sogno di ogni scienziato

La fusione magnetica è un’aspirazione per molti scienziati. La fusione di due nuclei d’idrogeno libera una grandissima quantità d’energia ed è una reazione fisica, completamente naturale, da cui dipendono la vita del Sole e delle altre stelle. Il suo grande vantaggio è che non emette gas a effetto serra, né sostanze inquinanti, rendendola una fonte energetica estremamente interessante e pulita. Lo svantaggio? È molto difficile da riprodurre sulla Terra, perché richiede l’utilizzo di plasma a temperature elevatissime. Tuttavia, potrebbe esserci una possibile soluzione, il cui nome è Tokamak.

Che cos’è il Tokamak?

Il Tokamak è una macchina a forma di “ciambella”, sviluppata in Unione Sovietica negli anni 50’. Il nome un po’ curioso deriva dall’acronimo russo e significa “camera toroidale magnetica”. La forma toroidale (o a ciambella) del dispositivo non è stata di certo una scelta a caso, ma è fondamentale per il giusto funzionamento della macchina, in quanto la forma a ciambella del contenitore impedisce alle particelle di fuoriuscire dalle estremità, muovendosi invece in cerchi continui. Una camera vuota avvolge e protegge lo strato più interno in cui avviene il processo, impedendo l’interazione con le particelle esterne. L’intera struttura infine è avvolta da bobine magnetiche realizzate con superconduttori che, con la loro capacità di assorbire poca potenza elettrica, generano campi magnetici, applicando così le forze necessarie per raggiungere le temperature adeguate e mantenere coeso il plasma.

Il campo magnetico generato impedisce, inoltre, agli elettroni di urtare le pareti, mentre le forze magnetiche addensano il plasma, portando i nuclei caricati positivamente abbastanza vicini da superare le forze elettrostatiche e dunque di fondersi.

tokamak fusione nucleare
Schematizzazione del Tokamak Image credits: EFDA-JET

Vantaggi e svantaggi della fusione magnetica

Tra i vantaggi il più evidente è la grandissima quantità di energia prodotta e la poca quantità necessaria per generare una singola fusione. Anche l’alimentazione del dispositivo non è del tutto un problema, in quanto sono usati due isotopi dell’idrogeno presenti in natura, cioè: il deuterio e il trizio, anche se quest’ultimo viene generato da reazioni che coinvolgono il Litio. Un altro vantaggio importante, è che l’energia prodotta non inquina, e non produce scorie radioattive, a differenza delle reazioni di fissione nucleare attualmente impiegate nelle centrali nucleari. Tra gli svantaggi, uno in particolare è la complessa tecnologia che richiede la realizzazione del progetto, perché consiste nel creare un dispositivo in grado di svolgere le stesse reazioni che avvengono nel nucleo del Sole e delle altre stelle. La complessità implica di conseguenza un grandissimo investimento economico e di tempo.

Conclusioni

Nonostante i limiti da non sottovalutare, l’elevato livello di inquinamento spinge la comunità scientifica a insistere nel percorrere la strada della fusione magnetica e superare questi limiti. La prospettiva del futuro, da parte di molti studiosi, è caratterizzata da uno spirito speranzoso e dal desiderio di riuscire un giorno a controllare grandi volumi di plasma per tempi molto lunghi.

Articolo a cura di Chiara Iervolino.

FONTI VERIFICATE

  • Teoria e funzionamento dei reattori nucleari. Fissione e fusione, Alberto Bandini Buti

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