L’energia di fusione ha il potenziale di fornire energia sicura, pulita e quasi illimitata. Anche se le reazioni di fusione possono avvenire per nuclei leggeri di peso inferiore al ferro, la maggior parte degli elementi non si fondono a meno che non si trovino all’interno di una stella. Per creare plasmi ardenti nei reattori sperimentali a fusione come i tokamak e gli stellarator, gli scienziati cercano un combustibile che sia relativamente facile da produrre, conservare e portare alla fusione. La migliore scommessa attuale per i reattori a fusione è il combustibile deuterio-trizio. Questo combustibile raggiunge le condizioni di fusione a temperature più basse rispetto ad altri elementi e rilascia più energia di altre reazioni di fusione.
Deuterio e trizio sono isotopi dell’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo. Mentre tutti gli isotopi dell’idrogeno hanno un protone, il deuterio ha anche un neutrone e il trizio ha due neutroni, quindi le loro masse ioniche sono più pesanti del protio, l’isotopo dell’idrogeno senza neutroni. Quando il deuterio e il trizio si fondono, creano un nucleo di elio, che ha due protoni e due neutroni. La reazione libera un neutrone energetico. Le centrali a fusione convertirebbero l’energia rilasciata dalle reazioni di fusione in elettricità per alimentare le nostre case, le nostre aziende e altre necessità.
Fortunatamente, il deuterio è comune. Circa 1 atomo di idrogeno su 5.000 nell’acqua di mare è sotto forma di deuterio. Questo significa che i nostri oceani contengono molte tonnellate di deuterio. Quando l’energia da fusione diventerà una realtà, un solo gallone di acqua di mare potrebbe produrre tanta energia quanto 300 galloni di benzina.
Il trizio è un isotopo radioattivo che decade relativamente velocemente (ha un’emivita di 12 anni) ed è raro in natura. Fortunatamente, esponendo l’elemento più abbondante del litio a neutroni energetici in un reattore a fusione si può generare trizio. Una centrale a fusione funzionante potrebbe potenzialmente usare il litio per generare il trizio di cui ha bisogno per chiudere il ciclo del combustibile deuterio-trizio, dato che il litio può essere ottenuto dalla crosta terrestre attraverso l’estrazione di minerali e dai deserti di sale.
Doe Office of Science: Contributi al Combustibile Deuterio-Tritio
Parte della missione del Department of Energy Office of Science, programma Fusion Energy Sciences (FES) è di sviluppare una fonte pratica di energia da fusione. Il FES lavora con il programma Advanced Scientific Computing Research usando il calcolo scientifico per far progredire la scienza della fusione e capire l’effetto della massa ionica su vari fenomeni del plasma. Nelle strutture dell’Office of Science come il tokamak DIII-D e il tokamak sferico NSTX-U, gli scienziati studiano l’impatto della massa ionica sul confinamento, il trasporto e la turbolenza del plasma. Il confinamento dei prodotti di fusione come lo ione elio è anche studiato in presenza di campi magnetici elicoidali. Il programma di Fisica Nucleare dell’Office of Science sviluppa la scienza nucleare fondamentale alla base della comprensione della fusione, creando database di reazioni nucleari, generando isotopi nucleari e chiarendo gli aspetti della nucleosintesi.
Fatti sul combustibile deuterio-trizio
- L’acqua fatta dal deuterio è circa il 10 per cento più pesante dell’acqua ordinaria. Ecco perché a volte viene chiamata “acqua pesante”. In realtà affonda sul fondo di un bicchiere d’acqua normale.
- Le fonti di trizio sulla Terra includono la produzione naturale dalle interazioni con i raggi cosmici, i reattori a fissione nucleare che producono energia come il reattore ad acqua pesante CANDU e i test sulle armi nucleari.
- Per evitare certe sfide R&D, tra cui i danni ai materiali strutturali causati dai neutroni energetici, gli scienziati della fusione sono interessati anche alle reazioni di fusione aneutronica (come la fusione deuterio-elio-3 e protone-boron), anche se queste reazioni di fusione avvengono a temperature ioniche più alte di quelle del deuterio e del trizio.
Risorse e termini correlati
- Come funziona l’energia da fusione?
- U.S. DOE Office of Science Fusion Energy Sciences program
- Science Up-Close: Developing a Cookbook for Efficient Fusion Energy
- Fusion Research Ignites Innovation
Riconoscimenti
Matthew Lanctot (U.S. DOE Office of Science)