Fusione Cadarache

Viaggio a Cadarache – un nome che significa fusione nucleare

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| Categoria: Energia

Sotto il sole di maggio fa molto caldo, nel cuore della Provenza. Sono le due di pomeriggio e il giubbotto e l’elmetto (obbligatori come in ogni cantiere) fanno sudare i giornalisti scientifici arrivati da tutto il mondo.
In questo stesso punto, fra qualche anno, saranno raggiunte ben altre temperature: intorno ai 150 milioni di gradi, cioè 10 volte quella dell’interno del sole, e oltre 25.000 volte quella della superficie solare (circa 6000 gradi).

Siamo a Cadarache: un nome che, se tutto va come deve, fra qualche decennio sarà sinonimo di una svolta decisiva per l’umanità. È qui che si sta costruendo Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor), il reattore che dovrà aprire la strada alle centrali basate sulla fusione nucleare.

 

La fusione: l’unica grande fonte di energia nell’universo

 

La fusione nucleare alimenta il sole e le altre stelle: è l’unica grande fonte di energia nell’universo. Ricrearla sulla Terra vorrebbe dire avere una fonte di energia praticamente illimitata per un periodo di migliaia (o milioni) di anni edecosostenibile: a differenza del nucleare usato finora (cioè a fissione), non produce rifiuti altamente radioattivi di lunga durata. E sicura: è strutturalmente impossibile un incidente come quello di Fukushima. Inoltre, a ulteriore garanzia di sicurezza, ogni eventuale anomalia fermerebbe il combustibile (che comunque non rappresenta una minaccia: in ogni momento, la reazione di fusione riguarda meno di un grammo di combustibile).
Per questo Mark Henderson, capo della sezione Ciclotrone a Elettroni e Ioni, parafrasando l’aforisma sulla democrazia riferito da Winston Churchill, afferma che «la fusione è l’energia peggiore, a parte tutte le altre».

Nella fusione il combustibile è composto da deuterio e trizio, due isotopi dell’idrogeno: i loro nuclei, fondendosi, danno luogo ad atomi di elio ma soprattutto a una enorme quantità di energia, in una reazione a catena che, nel reattore Iter, dovrà autosostenersi.
Le materie prime non sono un problema: il deuterio si ricava dall’acqua, mentre il trizio dal litio (che a sua volta si può estrarre dal mare in quantità praticamente illimitate e a costi trascurabili). La vera sfida è tecnologica.

 

Un magnete in grado di sollevare una portaerei

 

All’interno del sole la fusione si innesca grazie all’altissima pressione, dovuta all’enorme forza gravitazionale. Nella fusione che si vuole riprodurre sulla Terra il combustibile è lo stesso, così come è lo stesso il risultato in termini di energia prodotta, ma l’innesco gravitazionale non è possibile: serve un altro meccanismo, per il quale sono state elaborate varie tecniche.
Il problema di base è che i nuclei atomici hanno la stessa carica (positiva) e quindi si respingono: per superare questa forza occorre farli “cozzare” l’un contro l’altro a velocità elevatissime, cioè a temperature elevatissime (la temperatura è un indice della velocità delle particelle). Come spiega Mario Merola, responsabile della Divisione Componenti Interni di Iter, «la temperatura dev’essere di almeno 100 milioni di gradi; al di sopra di questa soglia, più alta è e meglio è, ma per problemi ingegneristici è probabile che sarà mantenuta al di sotto dei 200 milioni di gradi».
A queste temperature la materia non è più gassosa, ma allo stato di plasma (come nelle stelle: è quindi di gran lunga lo stato più diffuso nell’universo, anche se non sulla terra).

La prima difficoltà è come riscaldare così tanto il combustibile: saranno usate varie tecnologie combinate, fra cui ciclotrone a ioni, ciclotrone a elettroni e iniettore di neutri.

La seconda grande difficoltà è che il plasma, a quelle temperature, non deve toccare niente. Perciò bisogna innanzitutto creare il vuoto praticamente assoluto (la pressione sarà 10 miliardi di volte inferiore a quella atmosferica). E poi il plasma deve restare “confinato”, cioè sollevato senza venire a contatto con la base né con le pareti della struttura. Questo sarà possibile, nel caso di Iter, grazie a potenti campi magnetici: il magnete centrale sarà in grado di sollevare una portaerei.
Qui si pone però un altro problema: per ridurre le perdite di energia, ma anche per minimizzare le dimensioni dei magneti (che sono già enormi) l’unica possibilità è usare materiali superconduttori. Ma i superconduttori, per essere tali, hanno bisogno di temperature prossime allo zero assoluto.Così, nel reattore Iter, saranno presenti componenti mantenuti a -269 gradi mentre a pochi metri di distanza il plasma sarà a oltre 100 milioni di gradi.

 

I have a dream

 

La data di nascita della ricerca sulla fusione è il 24 agosto 1920, quando, alla riunione di Cardiff della British Association, Sir Arthur Stanley Eddington avanzò l’ipotesi che l’energia del sole e delle altre stelle è prodotta da reazioni nucleari.
Qualche decennio dopo è stata realizzata la fusione artificiale: a partire dal 1991 nel laboratorio europeo Jet (in Inghilterra) e dal 1993 in quello americano TFTR (a Princeton, nel New Jersey).

Il problema è che tutti questi apparecchi consumano più energia di quanta ne producono: dal punto di vista scientifico la fusione è un grande traguardo, ma dal punto di vista pratico una centrale in perdita non avrebbe senso. È qui che deve intervenire Iter: dimostrare che una centrale a fusione è possibile, e che può essere usata (in modo vantaggioso) per produrre e vendere elettricità. Iter sarà molto più grande dei suoi predecessori, quanto basta per raggiungere l’obiettivo: arrivare a una potenza di 500 MW con un dispendio di 50 MW (un decimo).

La storia di Iter ha un inizio singolare: nel 1985, in piena guerra fredda (anche se già a perestrojka avviata) il leader sovietico Mikhail Gorbaciov e il presidente americano Ronald Reagan lanciarono l’idea (rivoluzionaria) di una collaborazione fra le due superpotenze per sviluppare la fusione nucleare.
Il progetto è andato in porto quasi 30 anni dopo, quando l’accordo ufficiale per la costruzione di Iter è stato firmato a Parigi, il 21 novembre 2006.
Oggi, a Cadarache, alcuni dei 39 edifici previsti sono stati già costruiti, e i lavori fervono nel cantiere del Tokamak (nella foto in alto), cioè la struttura dove avverrà la fusione.

Secondo Robert Arnoux, responsabile della comunicazione di Iter, l’uso della fusione a scopi commerciali potrebbe essere uFusione Cadarache giornalistina realtà fra il 2040 e il 2050.
Sono date forse ottimistiche, e non è detto che saranno rispettate. Del resto fra gli scienziati gira spesso una battuta, secondo la quale «la fusione è quella cosa per la quale mancano solo 30 anni (e sempre mancheranno solo 30 anni)». Ma Henderson osserva che quando nel 1963 Martin Luther King disse «I have a dream», chi poteva immaginare che neanche 50 anni dopo gli Stati Uniti avrebbero avuto un presidente di colore?

 

E poi?

 

Il secondo giorno della visita fa più fresco e il cielo è nuvoloso. I giornalisti scientifici, quasi infreddoliti, visitano un precursore di Iter (nella foto a fianco), sempre all’interno dell’area di ricerca di Cadarache: l’impianto francese Tore Supra, del Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (Cea).

Ma più che il prima interessa il dopo: Iter servirà a dimostrare la fattibilità di una centrale a fusione, ma non sarà adibito alla produzione di elettricità. Günther Janeschitz, responsabile dell’Ufficio integrazione centrale di Iter, illustra i passi successivi: ogni Paese (o insieme di Paesi: l’Unione Europea e il Giappone stanno lavorando a un progetto congiunto) svilupperà un proprio modello dimostrativo di reattore a fusione, e in seguito si passerà alle centrali vere e proprie.

Approcci diversi porteranno a centrali di vari tipi, fra cui le società di energia potranno scegliere. È un iter (con la i minuscola) lungo e laborioso, ma sono tempi brevi se rapportati alla possibilità di avere energia praticamente illimitata a tempo indeterminato.

Paolo Gangemi

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Commenti (1)

  • Ornella Bertè

    |

    Spero che tutto possa succedere prima dei 20-30 anni per i miei figli

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