Viaggio nel primo reattore a fusione nucleare del mondo

L'immagine mostra un concept rendering del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) che mira a dimostrare la fattibilità industriale dell'energia da fusione nucleare.
L'immagine mostra un concept rendering del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) che mira a dimostrare la fattibilità industriale dell'energia da fusione nucleare. Diritti d'autore ITER
Di Aisling Ní Chúláin
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Questo articolo è stato pubblicato originariamente in inglese

Scienziati e ingegneri di tutto il mondo si sono riuniti nel sud della Francia per costruire quello che sarà il più grande reattore a fusione nucleare del mondo.

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Nel cuore della Provenza, alcune delle menti scientifiche più brillanti del pianeta stanno preparando quello che viene definito il più grande e ambizioso esperimento scientifico del mondo. Il compito è dimostrare la fattibilità di sfruttare la fusione nucleare, ovvero la stessa reazione che alimenta il nostro Sole e le stelle, su scala industriale.

"Stiamo costruendo probabilmente la macchina più complessa mai progettata", confida Laban Coblentz, responsabile delle comunicazioni di ITER. Quella che gli ingegneri stanno costruendo nel sud della Francia sarà la più grande camera di confinamento magnetico del mondo, o tokamak, per generare energia pulita.

L'accordo per il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) è stato formalmente firmato nel 2006 da Stati Uniti, Unione Europea, Russia, Cina, India e Corea del Sud a Parigi. Attualmente sono più di 30 i Paesi che collaborano alla costruzione del dispositivo sperimentale, che dovrebbe pesare 23.000 tonnellate e resistere a temperature fino a 150 milioni di gradi centigradi una volta completato.

"In un certo senso, questo è come un laboratorio nazionale, una grande struttura di un istituto di ricerca, la convergenza dei laboratori nazionali di 35 Paesi", ha dichiarato a Euronews Next Coblentz, responsabile delle comunicazioni di ITER.

Come funziona la fusione nucleare?

La fusione nucleare è il processo attraverso il quale due nuclei atomici leggeri si fondono per formare un unico nucleo più pesante, generando un massiccio rilascio di energia. Nel caso del Sole gli atomi di idrogeno nel suo nucleo vengono fusi insieme dalla pressione gravitazionale.

Nel frattempo, qui sulla Terra, si stanno esplorando due metodi principali per generare la fusione.

"Il primo, di cui forse avete sentito parlare al National Ignition Facility negli Stati Uniti," spiega Coblentz. " consiste nel prendre un pezzetto molto, molto piccolo, grande come un granello di pepe, di due forme di idrogeno: il deuterio e il trizio, gli si spara contro un laser, si aggiunge calore e si ottiene un'esplosione di energia. Una piccola quantità di materia viene convertita in energia".

Il progetto ITER si concentra sulla seconda via possibile: la fusione a confinamento magnetico. "In questo caso, abbiamo una camera molto grande, 800 m³, con una piccolissima quantità di combustibile (2 a 3 g di combustibile, deuterio e trizio), che portiamo a 150 milioni di gradi di calore attraverso vari sistemi di riscaldamento", ha detto Laban.

"Questa è la temperatura alla quale la velocità di queste particelle è talmente alta che, invece di respingersi con la loro carica positiva, si combinano e si fondono. E quando si fondono, emettono una particella alfa e un neutrone".

Nel tokamak, le particelle cariche sono confinate da un campo magnetico, tranne i neutroni altamente energetici che sfuggono e colpiscono la parete della camera, trasferendo il loro calore e riscaldando così l'acqua che scorre dietro la parete. In teoria, l'energia verrebbe sfruttata dal vapore risultante che aziona una turbina.

"Il settore studia la fisica dei tokamak da circa 70 anni, da quando i primi esperimenti furono progettati e costruiti in Russia negli anni '40 e '50", ha spiegato Richard Pitts, capo sezione della divisione scientifica di ITER. Secondo Pitts, i primi tokamak erano piccoli dispositivi da tavolo.

I numerosi vantaggi della fusione

Le centrali nucleari esistono dagli anni Cinquanta e sfruttano la reazione di fissione, con la quale l'atomo viene scisso in un reattore, liberando una quantità enorme di energia nel processo. La fissione ha il chiaro vantaggio di essere già un metodo consolidato e collaudato, con oltre 400 reattori nucleari a fissione in funzione in tutto il mondo.

Tuttavia, sebbene i disastri nucleari siano stati un evento raro nella storia, la catastrofica fusione del reattore 4 di Chernobyl nell'aprile del 1986 ci ricorda che non sono mai del tutto privi di rischi.

Inoltre, i reattori a fissione devono anche affrontare la gestione di grandi quantità di scorie radioattive, che di solito sono sepolte in profondità nel sottosuolo in depositi geologici.

Al contrario, ITER osserva che un impianto di fusione di dimensioni simili genererebbe energia da una quantità molto più ridotta di input chimici, solo pochi grammi di idrogeno.

"Gli effetti sulla sicurezza non sono nemmeno paragonabili", ha osservato Coblentz.

"Ci sono solo 2 o 3 g di materiale. Inoltre, il materiale presente in un impianto di fusione, il deuterio e il trizio, e il materiale in uscita, l'elio non radioattivo e un neutrone, sono tutti sfruttati. Quindi non c'è nessuna scoria", ha aggiunto.

Battute d'arresto per il progetto ITER

La sfida della fusione, sottolinea Coblentz, è che questi reattori nucleari restano estremamente difficili da costruire.

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"Si cerca di portare una piccola quantità di materia a 150 milioni di gradi. È una cosa difficile da fare", ha detto.

Il progetto ITER ha dovuto fare i conti con la complessità di questa impresa. Il calendario originale del progetto ITER prevedeva il 2025 come data per il primo plasma, mentre la messa in funzione completa del sistema era prevista per il 2035. Ma le battute d'arresto dei componenti e i ritardi legati al COVID-19 hanno portato a uno spostamento della tempistica per la messa in funzione del sistema e a un aumento del budget.

La stima iniziale dei costi del progetto era di 5 miliardi di euro, ma è cresciuta fino a superare i 20 miliardi di euro.

"Abbiamo già incontrato difficoltà in passato, a causa della complessità e della moltitudine di materiali e componenti di prima qualità in una macchina di prima qualità", ha spiegato Coblentz.

Collaborazione internazionale

Per quanto riguarda le collaborazioni internazionali, ITER è una vera eccezione: il progetto ha resistito alle numerose tensioni geopolitiche tra molte delle nazioni impegnate nel progetto.

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"Questi Paesi non sono ovviamente sempre ideologicamente allineati", ha osservato Coblentz. "Per questi Paesi, che si sono impegnati per 40 anni a lavorare insieme, non c'era alcuna certezza. Non ci sarà mai la certezza che non ci saranno conflitti".

Coblentz attribuisce la relativa salute del progetto al fatto che la fusione nucleare è un sogno comune e generazionale. "È per questo che il progetto è sopravvissuto alle attuali sanzioni che l'Europa e altri paesi hanno imposto alla Russia nell'attuale situazione con l'Ucraina", ha aggiunto.

Cambiamento climatico ed energia pulita

Data la portata della sfida rappresentata dal cambiamento climatico, non c'è da stupirsi che gli scienziati stiano facendo del loro meglio per trovare una fonte di energia priva di carbonio.

Ma la possibilità di ottenere energia da fusione in quantità utili è ancora lontana, e persino ITER ammette che il suo progetto non è che una risposta a lungo termine.

In risposta all'idea che la fusione arriverà troppo tardi per aiutare a combattere la crisi climatica in modo significativo, Coblentz afferma che l'energia da fusione potrebbe avere un ruolo da svolgere anche in futuro.

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"E se davvero ci fosse un innalzamento del livello del mare tale da richiedere il consumo di energia per spostare le città? Se cominciamo a pensare a sfide energetiche di questa portata, la risposta alla domanda diventa davvero ovvia", ha detto. "Più aspettiamo che arrivi la fusione, più ne avremo bisogno. Quindi la cosa più intelligente è farla arrivare il prima possibile", ha concluso Coblentz.

Video editor • Aisling Ní Chúláin

Risorse addizionali per questo articolo • Video Producer: Aisling Ní Chúláin, Océane Duboust

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