Scienziati statunitensi hanno testato un sistema di fusione nucleare che per la prima volta è riuscito a produrre in un esperimento di laboratorio più energia di quella che ha consumato per compiere la reazione.

Ma la cautela è d’obbligo, dopo decenni di false partenze e problemi fondamentali che rimangono irrisolti, soprattutto per quel che riguarda l’utilità civile di una ricerca prevalentemente a scopo militare.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha fatto sapere che il segretario all’Energia, Jennifer Granholm, e il sottosegretario alla Sicurezza nucleare, Jill Hruby, annunceranno oggi “un’importante scoperta scientifica” al Lawrence Livermore National Laboratory, senza aggiungere particolari.

Il laboratorio di Livermore, da parte sua, ha confermato di avere completato con successo un esperimento presso la sua National Ignition Facility (NIF), indicando però che l’analisi dei risultati era ancora in corso.

Stando alle indiscrezioni trapelate, la reazione di fusione presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California, avrebbe prodotto circa 2,5 megajoule (0,7 kWh) di energia utilizzando un processo di fusione a confinamento inerziale alimentato da soli 2,1 megajoule (0,6 kWh) di energia, ottenendo quindi circa il 19% di energia in eccesso.

Come funziona

Il risultato sarebbe stato ottenuto surriscaldando con un fascio di raggi laser un mix di deuterio e trizio al centro del reattore.

In particolare, il sistema laser più potente del mondo, illuminando le pareti interne di una capsula d’oro di qualche centimetro, la porta a milioni di gradi. Al centro della capsula i raggi X, emessi dalla materia ionizzata, riscaldano a loro volta la superficie di una sfera di circa 3 mm di diametro che contiene il combustibile della fusione, deuterio e trizio. Nel volume compresso si innescano reazioni di fusione fino all’esaurimento del combustibile.

Si tratta, in sostanza, di una mini-esplosione termonucleare della potenza di pochi chilogrammi di tritolo, senza l’innesco di una bomba atomica. Era dagli anni Cinquanta che i fisici tentavano di replicare il processo della bomba H senza doverla innescare prima utilizzando una bomba atomica. In altre parole,

Il passo avanti in questione è che in futuro probabilmente non si dovrà più usare una bomba atomica, cioè un processo di fissione nucleare, come “grilletto” per far esplodere una bomba all’idrogeno, cioè per alimentare un processo di fusione nucleare.

La strada della fusione nucleare verso una generazione elettrica priva di carbonio, abbondante e a buon mercato è in realtà ancora lunghissima e irta di ostacoli tecnologici, logistici ed economici che neanche un progresso scientifico come quello che si prefigura negli Usa potrebbe riuscire a risolvere.

Poco rilevante per gli usi civili

“È un annuncio poco rilevante” dal punto di vista degli usi civili della fusione nucleare, ha detto a QualEnergia.it Giuseppe Cima, fisico con lunghe esperienze di ricerca e lavoro all’Università del Texas ad Austin e anche presso Euratom, Enea e Cnr.

Uno dei motivi principali per cui il previsto annuncio statunitense sarebbe destinato all’atto pratico a lasciare il tempo che trova per gli usi civili è che il piatto forte del test, cioè il suo bilancio energetico positivo, pur costituendo tecnicamente un passo avanti, è in realtà estremamente circoscritto. Il surplus di energia ottenuto col nuovo test, cioè gli 0,4 megajoule (0,1 kWh) netti, rappresentano il valore energetico dei soli neutroni e della radiazione liberati dalla fusione.

Ma per poter utilizzare effettivamente questo sistema per la produzione di energia elettrica, manca tutta una serie di passaggi fondamentali.

“Dai neutroni bisogna passare al calore, dal calore bisogna passare al vapore che deve azionare una turbina, dalla turbina al generatore elettrico e dall’alimentazione elettrica alla luce laser”, ha detto Cima, sottolineando le perdite termodinamiche che si registrano lungo tutto il processo.

Per superare tutti questi ostacoli termodinamici e chiudere il cerchio energetico anche con un bilancio solo in pari, la fusione dovrebbe fornire un guadagno di almeno altri tre ordini di grandezza (cioè moltiplicare l’energia per un altro fattore 1.000), ha aggiunto.

Bisogna cioè considerare che, nel caso del confinamento inerziale, è necessario un input energetico a monte molto maggiore, poiché bisogna reinnescare ogni volta le reazioni di fusione, a differenza della maggior parte dei sistemi di fusione nucleare a confinamento magnetico, dove il riscaldamento delle particelle alfa potrebbe mantenere tutto, o quasi, in moto una volta innescate le reazioni.

Fuori ritmo e fuori inventario

C’è poi il problema del ritmo di riproduzione delle microesplosioni, che per generare energia in quantità rilevanti per una utility industriale dovrebbe essere nell’ordine di migliaia all’ora. A fronte di tale frequenza necessaria, i test in questione richiedono ora una preparazione di ben 15 giorni ciascuno, ci ha detto Cima.

Il test in questione è stato ottenuto con una preparazione di 15 giorni. Per generare un singolo evento di fusione, con una produzione “netta” di 0,1 kWh di soli neutroni, equiparabile a 0,1 Wh di elettricità, ci sono cioè volute più di due settimane, ci ha detto Cima.

Il terzo grande ostacolo pratico è rappresentato dalla difficoltà di reperire il trizio, un raro isotopo radioattivo dell’idrogeno, che costa circa 30.000 dollari al grammo, più o meno come un diamante.

Il problema, in realtà, non è il prezzo, che molti sarebbero pronti a pagare, bensì il fatto che questo elemento si trova solo in due condizioni: allo stato naturale, in quantità infinitesimali, nell’alta atmosfera, generato dal bombardamento dei raggi cosmici, e come sottoprodotto della fissione dei reattori nucleari tradizionali, in piccole quantità che pochi raccolgono.

Le poche decine di chilogrammi di trizio disponibili in commercio provengono da un tipo di impianti nucleari presenti solo in Canada e nella Corea del Sud. Secondo le proiezioni degli esperti, le forniture raggiungeranno il picco nel corso di questo decennio, per poi iniziare un costante declino, destinato ad accelerare quando gli stessi esperimenti sulla fusione nucleare inizieranno a bruciare maggiori quantità di questo isotopo.

Entra quindi in gioco il classico cane che si morde la coda: diversi scienziati ritengono che i futuri reattori atomici a fusione nucleare potranno produrre da soli il trizio di cui hanno bisogno, scindendo del litio in elio e trizio.

Ma i processi per tale presunta “auto-produzione” non sono ancora stati identificati e sperimentati. Per produrre cioè il trizio in questo modo sarebbe necessario un reattore a fusione già funzionante, e potrebbe non esserci trizio a sufficienza per raggiungere questo stadio in primo luogo e avviare la fusione atomica su scala almeno dimostrativa. Né si potrà necessariamente contare in futuro sulla produzione di trizio dei reattori tradizionali di Canada e Corea, destinati allo smantellamento nel giro di non moltissimi anni.

La motivazione militare

L’esperimenti del Lawrence Livermore National Lab è stato finanziato in massima parte dal Dipartimento della Difesa Usa per continuare la ricerca di nuove armi senza violare il Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT), un trattato internazionale che impone un limite alla potenza di un ordigno nucleare sperimentale, ha detto l’ex docente dell’Università del Texas.

Il test in questione, per la ridotta energia delle singole esplosioni, permette appunto di approfondire la ricerca sugli esplosivi nucleari rispettando gli impegni internazionali.

In tale quadro molto complesso “sembra che i progressi siano stati piu’ consistenti e rapidi per gli armamenti piuttosto che per gli usi civili in analogia, ma ancora piu’ marcatamente, con quanto successe con la più semplice tecnologia della fissione”, ha detto Cima.

Ancora decenni

I progressi annunciati non porteranno a un’accelerazione improvvisa della tecnologia di fusione, ci ha confermato Nicola Armaroli, direttore di ricerca dell’Istituto per la Sintesi organica e la Fotoreattività del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) ed esperto di energia.

“Ben venga un piccolo progresso, ma questo non vuol dire che l’avremo in tempi brevi, se mai l’avremo nella pratica. Noi dobbiamo decarbonizzare entro il 2050 e resta assai improbabile che la fusione ci verrà in soccorso. Comunque arrivi, la fusione arriverà in ritardo”, ha detto Armaroli.

Anche a fronte di una dimostrazione di laboratorio, attesa 70 anni, che il bilancio energetico del primo passo di una prova di fusione nucleare sulla Terra possa chiudersi in attivo, un tale progresso potrebbe non vedere applicazioni reali e su vasta scala prima di molti decenni, e forse mai.

“C’è ancora una lunghissima strada da fare per arrivare ad impianti, anche solo dimostrativi, e vedere che la tecnologia sia scalabile ed economicamente conveniente. E quindi passeranno i soliti decenni che ci riproponiamo da cinquant’anni”, ha aggiunto il dirigente del Cnr.

C’è poi il problema che questa tecnologia sarebbe destinata a rimanere nelle mani di pochi, ammesso sempre si riesca a realizzarla.

“Il fatto che sia controllata da pochi mal si addice a una democratizzazione e decentralizzazione del sistema energetico di cui abbiamo bisogno, perché sono soprattutto i Paesi più poveri, meno tecnologicamente avanzati, che hanno bisogno di aumentare il consumo energetico e con tecnologie come questa cadrebbero ancora una volta sotto un pesante colonialismo energetico”, ha detto Armaroli.

“C’è un aspetto sociale, politico, geopolitico e culturale che non va trascurato quando si parla di fusione”, ha affermato il dirigente del Cnr – soprattutto in una fase come quella attuale, dove i pericoli e i costi di una scarsa autonomia energetica sono sotto gli occhi di tutti.

Conclusioni

La fusione laser è molto lontana da qualsiasi applicazione pratica in ambito civile, più lontana ancora perfino della fusione magnetica, che era la strada fin qui più battuta in questo settore. Il rischio concreto è che il battage mediatico innescato dal governo americano su questa scoperta serva a giustificare investimenti per la decarbonizzazione che, in realtà, sono soprattutto investimenti militari.

Il risultato potrebbe essere che con la motivazione di ottenere più kWh “puliti” per meno dollari, si finisca in realtà per risparmiare solo in termini di dollaro al kW di potenza distruttrice in caso di guerra.

Al deficit energetico complessivo legato a questa applicazione corrisponderebbe solo un surplus militare e geostrategico, grazie al fatto che, con questa scoperta, non sarebbe più necessario usare una bomba atomica per innescare una bomba all’idrogeno.