La strada italiana per la fusione nucleare

Quando si parla di nucleare, la prima cosa importante è chiarire subito la differenza sostanziale tra fissione e fusione. La prima è quella oggi alla base di tutte le centrali nucleari nel mondo, e il cui ritorno in Italia è stato bloccato dall’ultimo referendum del 2011; la seconda, la fusione, è l’energia che tiene accese le stelle e che gli scienziati sognano da anni di riprodurre sulla Terra. Per coloro che voltano la testa dall’altra parte appena si parla di nucleare, vale la pena ricordare che la fusione nucleare rappresenta la soluzione definitiva al problema energetico mondiale: energia pressoché illimitata, sicura e soprattutto pulita, poiché non produce le scorie che costituiscono il principale problema della fissione. Per questo, l’Italia si sta impegnando moltissimo nella ricerca internazionale per riuscire a riprodurre il meccanismo di fusione che esiste nelle stelle e che, nella sua versione incontrollata, è alla base delle bombe H. Ora, l’ENEA – l’Ente nazionale per l’energia atomica – annuncia la prossima realizzazione nel nostro paese di un tokamak, una macchina per il confinamento magnetico del plasma all’interno del quale possono essere raggiunte le durissime condizioni necessarie per produrre la fusione. Si chiamerà FAST e sarà un “satellite” del più ambizioso programma ITER, partito nel 2007 in Francia e che dovrebbe entrare in funzione intorno al 2020.

Un ITER più FAST

FAST è l’acronimo di Fusion Advanced Studies Torus, ossia “toroide per gli studi avanzati sulla fusione”. Un toroide è un anello per il confinamento magnetico del plasma. Suona fantascientifico, ma il principio è molto semplice. La fusione nucleare avviene quando due diversi isotopi dell’atomo di idrogeno – deuterio e trizio – si fondono, generando come prodotto un’enorme energia. Per riuscire a far fondere insieme deuterio e trizio sono necessarie temperature elevatissime, intorno ai 150 milioni di gradi centigradi. Il plasma di deuterio e trizio che rappresenta il combustibile del reattore nucleare, riscaldato a simili temperature, non può essere confinato all’interno di un qualsiasi materiale senza scioglierlo. Allora, la soluzione è confinare il plasma all’interno di un potente campo magnetico, che agisce esattamente come una parete isolante. “Tokamak” è il nome del primo toroide russo all’interno del quale si riuscì a realizzare il confinamento magnetico del plasma: da qui l’uso comune del termine per designare tutti i reattori sperimentali a fusione nucleare basati sullo stesso principio.

Sono tokamak, difatti, sia FAST che ITER. Un altro acronimo – International Thermonuclear Experimental Reactor, reattore termonucleare sperimentale internazionale – che designa uno dei più ambiziosi programmi scientifici oggi attivi: a realizzarlo è un consorzio di paesi, dagli USA al Giappone, passando per i paesi europei tra cui l’Italia, tutti interessati a investire in quella che potrebbe essere l’energia del futuro. Il reattore sperimentale ITER, in costruzione nel sud della Francia, a poche decine di chilometri da Marsiglia, ha dimensioni imponenti: alto 24 metri, largo 30, ospita un tokamak capace di raggiungere temperature e pressioni elevatissime.

Un'occasione per la scienza italiana

FAST sarà molto più piccolo e non entrerà in competizione con ITER (il cui costo elevato impone necessariamente un’estesa collaborazione internazionale), ma, spiegano all’ENEA, “può essere visto come una sorta di galleria del vento per i collaudi aerodinamici”. Un sito di prova, insomma: “FAST consentirà di provare materiali avanzati, tecniche innovative e modalità operative prima che queste vengano utilizzate in ITER”. In questo modo, non solo l’Italia potrà mettere a frutto l’eccellenza scientifica e ingegneristica già raggiunta in questo campo, ma sperare anche di realizzare tecnologie innovative collaterali e nel frattempo accelerare significativamente l’iter di ITER, la cui entrata in funzione prevista per il 2016 sembra dovrà subire uno slittamento di almeno tre anni.

L’ENEA ora preme affinché il progetto, che gode del sostegno dell’EURATOM (l’agenzia europea per l’energia atomica), venga inserito nel nuovo Programma Quadro 2014-2018 che deciderà i finanziamenti per i più importanti programmi europei di ricerca scientifica in corso o prossimi a decollare. È ancora presto per decidere dove sarà realizzato il tokamak, ma non c’è bisogno di preoccuparsi: il toroide non costituisce alcun rischio, non implicando necessariamente che al suo interno vengano prodotte reazioni di fusione, ma anche se fosse il rischio di catastrofe è inesistente. Non ci sono, infatti, le condizioni per provocare fughe radioattive o fusioni del nocciolo come invece può accadere, in casi estremi come quelli di Chernobyl o Fukushima, nelle attuali centrali a fissione, né produzione di scorie radioattive. Tant’è vero che i francesi sono stati ben contenti di ospitare ITER dopo aver battuto i giapponesi nella gara per scegliere il sito di realizzazione. Anche l’Italia, con ITER e FAST, potrà godere dei grandi vantaggi derivanti dalle ricerche in questo campo. I tanti scienziati e ingegneri italiani, piuttosto che “fuggire all’estero”, potranno portare avanti nel nostro paese le ricerche avanzate già in corso in centri di eccellenza come il Consorzio RFX di Padova, l’Istituto di Fisica del Plasma del CNR di Milano e l’Unità Tecnica per la Fusione Nucleare del centro di ricerca di Frascati dell’ENEA.

L'alternativa/1: IGNITOR

Ma nel frattempo prosegue anche un altro esperimento innovativo per la realizzazione della fusione nucleare, che l’Italia sta portando avanti in collaborazione con la Russia. Si chiama IGNITOR e a idearlo è stato uno dei più eminenti fisici italiani delle alte energie, Bruno Coppi, che come tanti cervelli di prima categoria ha studiato in realtà in America, a Stanford, a Princeton (dove tra i professori ebbe anche Albert Einstein) e al MIT. Coppi fu tra i primi a studiare il confinamento magnetico del plasma all’interno dei tokamak: un primo modello fu realizzato nel 1969 al MIT, poi l’Italia capì la posta in gioco e convinse Coppi a realizzarne un altro a Frascati. Il Frascati Tokamak, entrato in funzione nel 1977, ha portato il nostro paese tra le eccellenze della ricerca sulla fusione.

IGNITOR si distingue da ITER per le sue ridotte dimensioni: appena 500 tonnellate rispetto alle 19.000 di ITER, con un tokamak di diametro inferiore ai tre metri. Certo, a paragone anche l’energia prodotta da IGNITOR sarà inferiore: la potenza del reattore è di 100 megawatt in confronto ai 500 megawatt di ITER. Ma le ridotte dimensioni rendono il progetto economicamente più fattibile: per questo il governo italiano ha deciso di battere anche questa strada, parallelamente agli altri programmi in corso. Lo scorso aprile, il progetto IGNITOR è stato inserito tra i “programmi bandiera” della ricerca scientifica italiana per il triennio 2011-2014 e finanziato per complessivi 80 milioni di euro. I singoli pezzi di IGNITOR saranno realizzati e testati in Italia, mentre il tokamak sarà assemblato a Mosca, presso l’istituto Kurchatov, sotto la supervisione dello stesso Coppi. La Russia infatti, da tempo interessata agli studi di Coppi, ha voluto scommettere sulla via italiana alla fusione nucleare che, qualora dimostrasse la sua fattibilità, permetterebbe di realizzare la fusione con costi molto più contenuti di quelli del metodo ITER.

L'alternativa/2: E-Cat

Vale la pena ricordare, inoltre, l’ipotetico reattore a fusione nucleare fredda che un ingegnere italiano sostiene di aver realizzato in proprio. La fusione nucleare fredda è un’alternativa fino a oggi considerata difficilmente praticabile rispetto alle attuali linee di ricerca, e si caratterizza appunto per la possibilità di realizzare la fusione senza raggiungere le temperature di milioni di gradi prodotte nei tokamak e nelle stelle. La fusione fredda è uno di quei temi a cui gli scienziati guardano con scetticismo, perché non poche volte qualche sedicente pseudo-scienziato ha dichiarato trionfalmente di essere riuscito a realizzare il processo, per essere poi rapidamente smascherato. Realizzare la fusione fredda vuol dire mettere a disposizione dell’umanità energia illimitata in maniera estremamente economica, e chi ci riuscisse vincerebbe non solo il Nobel ma potrebbe diventare ricchissimo. Per questo, l’ingegnere Andrea Rossi, inventore dell’E-Cat, macchina che pretende di realizzare la fusione fredda, benedetta dal fisico bolognese Sergio Foscardi, sta facendo discutere moltissimo.

Rossi ha dimostrato a più riprese che la macchina produce più energia di quella necessaria per attivare il processo di produzione, ma non ha voluto aprire la “scatola nera” all’interno del quale avviene il fenomeno. La ragione è semplice: brevettare l’E-Cat permetterebbe a Rossi, qualora la sua macchina funzionasse davvero, di diventare multimiliardario. Ma gli scienziati non ci stanno, vogliono analizzare l’interno della macchina per capire come funziona, e la comunità internazionale si divide. Fisici svedesi che hanno assistito agli esperimenti sostengono che sia davvero fusione fredda, mentre la NASA, che ha chiamato nei suoi laboratori Andrea Rossi, è scettica e chiede di poter a sua volta analizzare come avviene davvero il processo di fusione; la Cina si è dimostrata a sua volta interessata mentre, a sorpresa, l’Università di Bologna – dove il primo prototipo era ospitato – ha invece preso le distanze da Rossi.

La fusione fredda resta al momento fantascienza. Quella calda, anzi bollente, impiegherà tempo prima di portare a qualche risultato. Del resto, anche i più ottimisti tra gli scienziati spiegano che prima della metà del secolo non sarà possibile realizzare nessuna centrale a fusione per la produzione di energia a scopi civili. Ma la strada sembra ormai spianata ed entro la fine del XXI secolo la fusione nucleare potrebbe aver risolto tutti i problemi energetici mondiali, in tempo per sostituire petrolio e altri combustibili fossili che nel frattempo finiranno, e per mandare in pensione le vecchie e pericolose centrali a fissione nucleare.