Reattore a fusione nucleare. Funzionamento del reattore a fusione nucleare

Le reazioni di fusione nucleare sono quelle che avvengono all'interno delle stelle, come la nostra. sole, in cui due nuclei atomici più piccoli si uniscono per dare origine a un nucleo più grande e più atomico. stabile. Di seguito abbiamo un meccanismo per questo tipo di reazione che avviene nel Sole, tra idrogeni, dando origine all'elio:

Possibile reazione di fusione dell'idrogeno in atto sul Sole

Ma l'aspetto più importante di questo tipo di reazione nucleare è la quantità di energia rilasciata. Per avere un'idea, la fusione di soli 2. 10^-9% di deuterio (idrogeno con un neutrone e un protone nel nucleo)fornirebbe una quantità di energia sufficiente a sostenere l'intero fabbisogno energetico mondiale per un anno!

Ecco perché il sogno di molti scienziati è riuscire a sfruttare l'energia rilasciata nelle reazioni di fusione. I reattori attualmente utilizzati nelle centrali nucleari sono a fissione nucleare, che è il processo anti-fusione e che produce una quantità minore di energia.

La fusione incontrollata è già stata utilizzata in

bomba all'idrogeno o termonucleare, nell'anno 1952, lanciato dagli Stati Uniti su un atollo nel Pacifico. Questa bomba era soprannominata "Mike" e aveva 700 volte la potenza della bomba di Hiroshima.

Oltre alla grande quantità di energia rilasciata, altri benefici di usare la fusione nucleare per generare energia sono che i materiali utilizzati in queste reazioni sono facilmente ottenibili., poiché il deuterio si trova nelle molecole d'acqua, il trizio (isotopo dell'idrogeno che ha un protone e due neutroni nel nucleo) possono essere ottenuti dal litio, e il litio è un metallo naturale.

Un altro fattore è che, a differenza della fissione nucleare, i prodotti della fusione non sono radioattivi e sono quindi considerati un tipo di energia “pulita” che non provoca cambiamenti nell'ambiente.

Ma per essere utilizzato per generare energia, deve essere una reazione controllata e per questo ce ne sono ancora alcuni ostacoli:

• Perché la fusione sia efficace sono necessarie alte temperature, come accade al Sole, che ha regioni con temperature dell'ordine dei 100 milioni di gradi Celsius! Questa grande quantità di energia è necessaria per vincere la forza di repulsione derivante dalle cariche positive dei nuclei che si uniranno.

  Non fermarti ora... C'è dell'altro dopo la pubblicità ;)

Attualmente, ciò si ottiene attraverso l'energia rilasciata nella reazione di fissione controllata di una bomba atomica, che funge da innesco per la reazione di fusione nucleare.

• Un altro problema che si pone è: come lavorare in maniera controllata con materiali a migliaia di gradi centigradi? Quali materiali potrebbero essere utilizzati per costruire il reattore in grado di resistere a temperature così elevate?

• C'è anche la necessità di un rapido flusso di energia rilasciata nella reazione di fusione.

La ricerca in questo settore ha portato a un tipo di reattore chiamato Tokamak, che oggi viene utilizzato solo per la ricerca. Il più famoso è quello di Princeton, negli Stati Uniti, che funziona a una temperatura di 100 milioni di gradi Celsius. Di seguito il Tokamak COMPASS all'IPP presentato a Praga, Repubblica Ceca, durante la Settimana di Scienza e Tecnologia organizzata dall'Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca il 2 novembre, 2012:

Tokamak COMPASS all'IPP presentato a Praga^[2]

In questi reattori viene prodotto un campo magnetico estremamente forte. I gas deuterio e trizio vengono iniettati e riscaldati a migliaia di gradi Celsius per reagire. Poiché vi è il passaggio di corrente elettrica e la generazione di forti campi magnetici, si forma un plasma, che si trova in un tubo all'interno del reattore, non entrando in contatto con le sue pareti.

Il francobollo sopra, stampato in URSS, mostra un dispositivo di fusione termonucleare tokamak circa 1987^[3]

Tuttavia, ad oggi, non è stato ancora scoperto un mezzo per ottenere energia utile da un tale reattore. l'energia spesa per attivare il campo magnetico dove è confinato il plasma è ancora maggiore dell'energia ottenuta dalla fusione all'interno del reattore.

_{* Crediti immagine:}

_{[1] Autore: Mike Garrett/Wikimedia Commons
[2] Nataliya/ Shutterstock.com
[3] Jim Pruitt/Shutterstock.com}

di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica

Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Reattore a fusione nucleare"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reator-fusao-nuclear.htm. Consultato il 27 giugno 2021.