Un passo in avanti per la scienza verso la fusione nucleare

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La fusione nucleare sembra essere sempre più vicina alla realtà grazie alla ricerca condotta da due studenti della Chalmers University of Technology in Svezia, che sono riusciti a decelerare gli elettroni fuori controllo che vengono generati durante il processo.

La fusione nucleare è un processo che ci consentirebbe di ottenere un'enorme quantità di energia, maggiore anche dell'attuale fissione (o scissione) nucleare che viene impiegata nelle attuali centrali nucleari in Europa. Per fare un esempio, la fusione è il processo che avviene all'interno del Sole che gli permette di generare energia, elio e neutroni dalla fusione di più atomi di idrogeno (vedi foto in basso).

Andiamo con calma e cerchiamo di focalizzare le idee principale: gli atomi sono composti da protoni e neutroni nel nucleo, con elettroni che "orbitano" intorno ad essi. Sappiamo tutti che la forza elettrica fa in modo che elettroni e protoni si attraggano fra di loro mentre impone l'allontanamento tra particelle della stessa carica che si avvicinano.

Dunque perché i protoni nel nucleo di un atomo riescono a stare uniti senza che vengano respinti dalla forza elettrica?

La forza elettrica agisce a distanza infinita, ma se ne sentono gli effetti solo se le due particelle cariche sono abbastanza vicine fra loro (un po' come succede cercando di avvicinare due pezzi di geomag con la stessa polarità fra di loro, anche se in quel caso si parla di forza magnetica). Eppure esiste un punto nel quale i protoni sono così vicini fra di loro che entra in azione l'interazione nucleare forte che è così intensa da vincere la repulsione dovuta dalla forza elettrica.

Proprio questa forza nucleare forte è quella che tiene uniti i nuclei degli atomi, essendo la forza più intensa che esiste in natura secondo il Modello Standard della fisica; il suo raggio d'azione, però, è davvero corto. Serve un'energia molto alta per riuscire ad unire due protoni fra di loro affinché si superi la repulsione elettrica e si riesca ad azionare l'interazione nucleare. Questo è il meccanismo alla base della fusione nucleare: nella foto in copertina potete osservare un reattore per la fusione nel quale atomi leggeri (idrogeno) vengono accelerati con un'intensità tale da fare in modo che il loro scontro dia luogo alla fusione tra i loro nuclei, in modo da generare energia alla stessa maniera del sole. Il tutto grazie a pressioni elevate e temperature di circa 150 milioni di °C (stavamo parlando del sole, no?).

Il processo non solo garantirebbe più energia della fissione nucleare, ma sarebbe anche più sicuro. Durante la fissione viene generata energia grazie alla scissione del nucleo di atomi molto pesanti come l'uranio o il plutonio, ma se qualcosa va storto sappiamo bene quali sono le conseguenze. Nella fusione, invece, al più il reattore viene fuso da elettroni impazziti e completamente fuori controllo.

Se fino ad ora abbiamo parlato di atomi di idrogeno leggeri che vengono accelerati in una camera metallica viene da sé che nel processo elettroni fuori controllo potrebbero danneggiare tutta la struttura: questo problema è stato risolto dai ricercatori della Svezia iniettando nel reattore ioni pesanti (ovvero atomi carichi elettricamente) di neon o argon. La carica positiva del nucleo di questi atomi agisce sugli elettroni impazziti rallentandoli ed impedendogli di distruggere parte del reattore, permettendo al processo di fusione nucleare di continuare.

Linnea Hesslow, una dei due ricercatori, ha commentato la scoperta affermando che "quando siamo in grado di decelerare gli elettroni fuori controllo, siamo un passo più vicini dalla costruzione di un reattore a fusione nucleare funzionante. Considerando che ci sono davvero poche opzioni per risolvere l'aumento della richiesta di energia a livello mondiale in modo sostenibile, il processo di fusione nucleare è incredibilmente eccitante visto che il suo carburante deriva dalla semplice acqua di mare".

FONTE: phys.org
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