Nel cuore della Provenza, a pochi passi dalla bellissima cittadina di Aix-en-Provence, un consorzio di 35 nazioni sta costruendo il più grande reattore nucleare a fusione nucleare sperimentale. ITER, questo il nome del progetto, si prevede possa essere operativo entro il 2025 e dare una svolta importante alla ricerca sulla fusione nucleare. Ad oggi dopo momenti di incertezza finanziaria, il cantiere ha superato il 60% di completamento e nei prossimi anni a venire ci saranno i momenti più delicati per il completamento della centrale.
Spesso capita di imbattersi in notizie relative a centrali nucleari, tuttavia si parla quasi sempre di centrali a fissione nucleare. Sono queste quelle usate oggi per la produzione di energia elettrica. La fissione è un processo nucleare in cui un atomo di uranio (tipicamente l’isotopo 235) viene bombardato da un fascio di neutroni lenti a cui segue una scissione dell’atomo in nuclei più leggeri (come Kripton e Bario). In questo processo viene anche liberata dell’energia che precedentemente era in una forma diversa. Era cioè della massa.
Detta semplicemente, il processo appena descritto per un atomo può ripetersi e formare così una reazione a catena che produrrà molta energia. A questo punto ci sono due possibilità:
Il primo reattore nucleare fu costruito da Enrico Fermi in segreto (per il famoso progetto Manhattam) sotto le tribune di uno stadio abbandonato a Chicago. Il nome di questo reattore era “Chicago Pile-1”.
Ad oggi le centrali nucleari a fissione rappresentano una realtà consolidata. Nel mondo ci sono oltre 400 reattori nucleari distribuiti su 31 paesi. In Italia sono presenti solo 4 rettori commerciali, tutti spenti e in avanzata fase di smantellamento a seguito del referendum del 1987 che ne sancì il termine di attività. Sono due le più grandi problematiche legate alla fissione nucleare. Le scorie radioattive e l’impossibilità di esportare tale energia in paesi geopoliticamente instabili. Infatti avere un reattore a fissione nucleare permette di ottenere il materiale fissile tipico degli armamenti nucleari: il Plutonio 239.
La fusione nucleare è l’opposto della fissione nucleare, due nuclei si fondono e formano un atomo più leggero della somma delle masse di partenza in aggiunta ad energia. Questo processo accade ogni giorno nel sole, la nostra stella che è di fatto un enorme reattore nucleare naturale. Riprodurre questo processo sulla terra presenta però molti più ostacoli della fissione.
Per fondere due nuclei bisogna “vincere” la repulsione elettrica tra i due. Per riuscire in questo processo occorrono temperature nell’ordine di milioni di gradi centigradi e raggiungere così un nuovo stato della materia: il plasma. Nel sole il processo si completa grazie alla forza gravitazionale, che fornisce l’energia necessaria. Sulla Terra bisogna ricorrere a dei magneti per far si che il plasma non entri in contatto con le pareti del reattore. Questo perché non esista alcun materiale
capace di resistere alle temperature sopra citate.
Ad oggi la fusione nucleare è ottenuta negli ordigni termonucleari bifase in maniera incontrollata. I tentavi di controllarla si sono risolti con risultati nell’ordine dei secondi grazie a piccoli esperimenti, il più importante dei quali (di cui ITER è in certo senso il successore) è il britannico JET.
Riuscire ad ottenere una fusione con un bilancio energetico vantaggioso (ossia produrre più energia di quella usata per innescare la reazione) è il Problema da risolvere. L’obbiettivo è dare una svolta agli sforzi di riduzione dei gas serra. La fusione nucleare è infatti definita informalmente come il Graal dell’energia in quanto permetterebbe di produrre energia da una fonte praticamente infinta (gli isotopi dell’idrogeno). Inoltre gli scarti radioattivi dal processo di fusione hanno la caratteristica di avere un tempo di decadimento molto breve (nell’ordine della decina di anni) rispetto ai prodotti della fissione.
Come già anticipato, ITER rappresenta un esperimento molto complesso e oneroso. Ad oggi è costato oltre 10 miliardi di dollari. Nell’ultimo anno sono stati completati gli edifici del controllo elettrico e dei magneti. Recentemente è arrivata una gru molto grande che servirà a completare la struttura esterna al cuore del reattore vero e proprio di tipo Tokamak.
Tokamak è la macchina vera e propria in cui avverrà la reazione nucleare. Costruita a forma toroidale (meglio nota come forma a ciambella) all’interno di essa si crea il vuoto e il campo magnetico necessario a confinare il plasma. Tokamak non rappresenta l’unico design possibile (ne discuteremo meglio nei prossimi approfondimenti sulla fusione), tuttavia ad oggi rimane la tecnologia più avanzata e il miglior candidato per la costruzione su grandi dimensioni. Questo nonostante richieda molta energia per l’attivazione.
La strada verso la fusione è ancora lunga, tuttavia è lecito guardare con ottimismo e continuo interesse ad un progetto che potrebbe veramente salvare il pianeta. Il sito iter.org offre un bellissimo tour a 360 gradi del cantiere e tantissime foto.