ITER: l'ambizioso cammino verso la fusione
Il 28 giugno 2005, a Mosca, è stato siglato ufficialmente l'accordo che ha dato il via alla costruzione (oggi in corso d'opera) di ITER.
ITER, che sta per “International Thermonuclear Experimental Reactor”, è un progetto che coinvolge mezzo mondo (Unione Europea, Giappone, Federazione Russa e, dal 2003, Stati Uniti d'America, Repubblica Popolare Cinese e Corea del Sud) ed ha, come scopo ultimo, dimostrare che è possibile produrre energia da fusione nucleare calda.
Il sito scelto per la realizzazione dell'impianto si trova nel sud della Francia, a Cadarache, e costerà una cifra prossima ai dieci miliardi di euro.
ITER è un reattore di tipo “Tokamak”, che è, molto semplicemente, una grossa ciambella (superficie toroidale) che sviluppa un intenso campo magnetico. I campi magnetici servono a mantenere sospesi nel vuoto (in mezzo alla ciambella) i circa 800 metri cubi di plasma che si prevede saranno contenuti nel reattore, poiché non esistono materiali in grado di sopportare temperature così elevate.
Lo scopo ultimo del progetto, non dobbiamo dimenticarlo, non è ancora la produzione di energia fruibile, ma soltanto lo sviluppo della tecnologia necessaria a produrne per periodi brevi di attività (si parla di non più di mezz'ora).
I passi attraverso i quali si aspira a realizzarlo sono più d'uno, e tutti molto ambiziosi, oltre che, fino ad oggi, mai realizzati.
Per capirci, basti pensare che il più efficiente tra gli antenati di ITER, JET, aveva raggiunto un rapporto tra energia prodotta ed energia immessa pari a 0.65. Cioè, per produrre 0.65 watt di potenza occorreva fornirne uno.
Come prima cosa, dunque, ITER dovrà dimostrare al mondo che si può produrre più energia di quella che si spende per mantenere il plasma alla temperatura di circa 150 milioni di gradi, circa dieci volte più grande di quella del nucleo solare.
È questa, infatti, la temperatura necessaria perché i nuclei di deuterio e trizio fondano dando luogo ad un nucleo di elio (due neutroni e due protoni) più un neutrone libero, più energia (17,6 MeV[1]).
Deuterio e trizio sono i due isotopi dell'idrogeno, rispettivamente con uno e due neutroni, che rappresentano, tra le varie possibili scelte, i candidati più efficaci per la fusione.
Oltre a questo risultato, non proprio banale, si dovranno risolvere diversi problemi tecnici concernenti l'eventualità futura di sfruttare il processo in una centrale vera e propria, quali ad esempio le modalità di estrazione del trizio (dal litio) oppure i particolari costruttivi degli apparati e delle schermature che circonderanno il plasma.
Come osservato, tra gli altri, anche dal premio nobel per la fisica nel 1994, Carlo Rubbia, parlare di energia pulita a proposito di ITER potrebbe non essere del tutto adeguato: i materiali più prossimi al reattore saranno investiti da un enorme flusso di neutroni (e non solo), particelle molto pericolose tanto per l'uomo quanto per qualsiasi materiale. I neutroni infatti hanno la caratteristica, essendo privi di carica elettrica, di essere molto penetranti e di poter attivare i materiali che colpiscono. In sostanza tutto quanto circonda un apparato che emetta neutroni, diventa ben presto radioattivo, e si deteriora.
Questo non solo comporta la necessità di sostituire periodicamente questi materiali, ma anche e soprattutto di smaltirli, al pari delle classiche scorie nucleari derivanti dalle centrali a fissione.
C'è da precisare che i tempi di dimezzamento[2] dei materiali radioattivi eventualmente prodotti da una centrale a fusione sarebbero di gran lunga più brevi di quelli, ad esempio, degli attinidi minori (curio, americio, nettunio) e del plutonio (che sono, tra i prodotti delle centrali a fissione, i più temibili), e quindi sarebbero smaltiti in tempi dell'ordine delle centinaia di anni.
Tempi brevi se confrontati con quelli tipici delle scorie delle centrali a fissione.
Ma ci sono progressi interessanti anche nel campo della fissione; proprio Carlo Rubbia è un convinto sostenitore di un nuovo metodo di funzionamento delle centrali che consiste nell'accostamento del reattore ad un ADS (Accelerator Driver System) che consenta di irraggiare il core del reattore con particelle (neutroni) ad energie adeguate[iii].
In questo modo si potrebbero utilizzare combustibili diversi dall'uranio (che non è poi così abbondante sulla Terra), realizzare un reattore che lavori costantemente in situazione sottocritica (riduzione notevole del rischio di incidenti e della pericolosità), riprocessare le scorie, re-immettendole all'interno del reattore.
Il riprocessamento renderebbe capace il reattore di riutilizzare come combustibile anche quelle scorie che oggi sono destinate allo stoccaggio, producendone di non molto diverse da quelle di ITER.
Infine, importantissimo risultato sarebbe l'impossibilità di fabbricare ordigni nucleari.
Così come per ITER, anche per una siffatta centrale a fissione ci sono ancora problemi irrisolti, anche se sembrano di più facile soluzione: in particolare risulta difficile l'accoppiamento tra il reattore e l'acceleratore.
I costi per un reattore a fissione di nuova generazione sono molto minori di quelli di ITER, che per giunta non è ancora una centrale vera e propria. E, purtroppo, non lo sarà per decenni.
- Il MeV (Megaelettronvolt), multiplo dell'elettronvolt, è una unità di misura di energia, 1 elettronvolt (eV) è l'energia che acquisisce un elettrone (carica unitaria) quando passa attraverso una differenza di potenziale di 1 volt.
- eV equivale a 1,60217646 x 10-19 http://it.wikipedia.org/wiki/Joule”>Joule.
[1] Si definisce tempo di dimezzamento di un materiale radioattivo il tempo necessario perchè il numero di atomi radioattivi si dimezzi. Si tenga presente che tempi di dimezzamento lunghi solitamente corrispondono a materiali più pericolosi e viceversa.
[2] Le energie che debbono avere i neutroni perché riescano a produrre le reazioni nucleari adeguate allo scopo sono in fase di analisi, ed una grossa parte di tali analisi viene effettuata nell'ambito dell'esperimento internazionale denominato n_Tof (Neutron Time Of Flight), che misura sezioni d'urto per assorbimento neutronico in diversi materiali.
