La fusione nucleare viene raccontata da decenni come la fonte di energia definitiva, pulita, sicura per sua stessa natura e praticamente senza fine. L’idea di fondo è affascinante quanto complicata, cioè copiare il meccanismo che tiene acceso il Sole e portarlo dentro un reattore sulla Terra. Un’impresa che resta una delle sfide scientifiche e tecnologiche più grandi mai affrontate, tra progetti internazionali giganteschi e capitali privati che ora provano ad accelerare la corsa verso il primo reattore commerciale.
In parole semplici, la fusione nucleare è il processo fisico in cui due nuclei atomici leggeri si uniscono per formarne uno più pesante, liberando enormi quantità di energia. È la stessa reazione che alimenta il Sole, sicura per sua natura e senza emissioni di carbonio. Dietro questa definizione c’è però qualcosa di più profondo, la conferma pratica dell’equivalenza tra massa ed energia formulata da Albert Einstein con la sua celebre equazione, quella in cui l’energia è uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato.
Nella ricerca terrestre per produrre elettricità, gli scienziati si sono concentrati su una reazione precisa, la fusione di due isotopi pesanti dell’idrogeno. Si tratta del deuterio, il cui nucleo contiene un protone e un neutrone, e del tritio, formato da un protone e due neutroni. Quando questi due si scontrano con la giusta energia cinetica, superano la loro repulsione e si fondono creando un nucleo di elio-4, con l’emissione di un neutrone libero.
Il bilancio energetico è impressionante, perché ogni evento di fusione genera 17,6 megaelettronvolt. Il nucleo di elio trattiene 3,5 MeV di quella energia, fondamentale perché scalda il gas circostante e mantiene la reazione autosostenuta. Il neutrone libero invece scappa portandosi via la parte più grossa dell’energia, circa 14,1 MeV. Non avendo carica elettrica, questo neutrone veloce ignora i campi magnetici che confinano il plasma e va dritto contro le pareti della camera del reattore. Lì la sua energia si trasforma in calore, assorbito da un sistema di raffreddamento per scaldare acqua, produrre vapore e muovere le turbine, esattamente come in una centrale termica tradizionale.
I numeri sulla densità energetica lasciano a bocca aperta. La fusione di tutti gli atomi presenti in un solo litro di miscela di deuterio e tritio basterebbe a coprire i consumi di una casa media per un anno intero. E il deuterio contenuto in appena 50 tazze di acqua di mare potrebbe generare la stessa energia di due tonnellate di carbone bruciato. È questa efficienza incredibile a giustificare gli sforzi enormi partiti già negli anni Cinquanta.
Copiare il motore delle stelle sul nostro pianeta resta però durissimo. Dentro il Sole la gravità comprime il plasma fino a densità inimmaginabili, permettendo la fusione a circa 15 milioni di gradi Celsius. Sulla Terra manca quella pressione gravitazionale schiacciante, così i fisici devono forzare gli scontri portando il plasma oltre i 100 milioni e persino 150 milioni di gradi, dieci volte più caldo del centro del Sole. A quelle temperature la materia diventa plasma, una zuppa turbolenta e carica di ioni positivi ed elettroni liberi.
Fusione e fissione, due mondi opposti
Spesso l’opinione pubblica confonde le due forme di energia nucleare, complice la radice comune e l’eredità storica dell’era atomica. Ma fusione e fissione lavorano agli estremi opposti e hanno caratteristiche radicalmente diverse per sicurezza, gestione delle scorie e prospettive future.
La fissione è la tecnologia delle centinaia di centrali nucleari oggi attive nel mondo. Consiste nel bombardare con un neutrone il nucleo di un atomo molto pesante e instabile, di solito uranio-235 o plutonio-239. Il nucleo assorbe il neutrone, diventa instabile e si divide in due nuclei più leggeri, emettendo due o tre neutroni aggiuntivi e molta energia. Quei neutroni colpiscono altri atomi di uranio vicini, innescando una reazione a catena. In una centrale questo processo va controllato con barre di controllo e moderatori, perché se l’equilibrio si rompe e il raffreddamento fallisce, il calore residuo può portare alla fusione fisica del nocciolo, la causa di disastri come Fukushima.
La fusione sta all’estremo opposto. Non esiste nessuna reazione a catena, e questo aumenta la sicurezza. Il plasma è un ambiente fragilissimo e la quantità di combustibile presente nella camera in un dato istante è minima, pochi grammi o addirittura frazioni di milligrammo. Se succede una qualsiasi perturbazione, il plasma collassa e si raffredda in millisecondi, perde l’energia necessaria e la reazione si ferma da sola. Uno scenario fuori controllo è fisicamente impossibile.
Sul piano ambientale la differenza è netta. La fissione produce attinidi e prodotti altamente radioattivi che richiedono un confinamento geologico profondo per decine di migliaia di anni. La fusione ha come residuo diretto l’elio, un gas nobile inerte, non tossico, non radioattivo e senza effetto serra. L’unica sfida radioattiva arriva dall’attivazione dei materiali strutturali, perché sotto il bombardeo costante dei neutroni da 14,1 MeV le pareti metalliche acquisiscono radioattività indotta. Con acciai avanzati a bassa attivazione, però, questa radioattività scende a livelli sicuri per la manipolazione e il riciclo in meno di cento anni, un intervallo gestibile su scala industriale.
