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Fusione, ci siamo quasi?

17 Feb

La chimera della produzione di energia attraverso processi nucleari e’ senza ombra di dubbio la fusione. Come sappiamo, detto in modo improprio, possiamo pensare a questo processo come qualcosa di inverso alla Fissione. Se in quest’ultimo caso, un nucleo atomico viene spezzato in due nuclei piu’ piccoli liberando energia, nella fusione abbiamo due elementi piu’ leggeri che vengono uniti in uno piu’ grande. Anche in questo caso, nel processo c’e’ un eccesso di energia che viene liberato verso l’esterno. Non si tratta di magia ma del bilancio energetico delle reazioni, facilmente calcolabile utilizzando i principi base della fisica nucleare.

Per la fissione, il processo e’ relativamente semplice ed in grado di autosostenersi. Quest’ultimo aspetto e’ fondamentale quando si considerano processi di questo tipo. Detto in altri termini, basta dare il “la” alla reazione per avere qualcosa in grado di autosostenersi autonomamente e continuare cosi’ a produrre energia. Come noto, siamo in grado di utilizzare questo processo molto bene sia con reazioni controllate nei reattori a fissione sia in modo non controllato attraverso la bomba atomica.

E per la fusione?

Qui il discorso e’ diverso. A partire dagli anni ’50, abbiamo iniziato a studiare queste reazioni per cercare di ottenere un bilancio positivo. Cosa significa? Prendete due nuclei leggeri. Per far avvenire la fusione dovete avvicinarli tra loro fino a formare qualcosa di piu’ grande. Semplice ma non scontato. Prendiamo il discorso in modo improprio ma comprensibile. Nei nuclei avete protoni e neutroni. Come ci hanno insegnato a scuola, se proviamo ad avvicinare cariche di uguale segno queste si respingono attraverso la forza coulombiana. Ma allora, perche’ nel nucleo i protoni sono fermi e tutti vicini tra loro? Avvicinando due particelle come i protoni, inizialmente avete la repulsione coulombiana dovuta alle cariche elettriche che tende ad allontanarle. Se resistete opponendovi a questa forza, vi accorgete che sotto una certa distanza interviene un’altra forza, questa volta attrattiva e molto piu’ intesa di quella dovuta alle cariche elettriche, la forza nucleare forte. Si tratta solo di un’altra interazione che pero’ agisce a distanze molto corte tra i nucleoni. La presenza dei neutroni nel nucleo serve proprio a tenere unito il nucleo stesso. Poiche’ i neutroni non hanno carica elettrica, non subiscono repulsione coulombiana mentre esercitano e subiscono l’interazione forte. Detto in altri termini, i neutroni fanno da collante per far si che la forza forte, attrattiva, vinca su quella coulombiana, repulsiva.

Bene, lo scopo del gioco della fusione e’ proprio questo. In qualche modo dobbiamo avvicinare i nuclei spingendoli fino a che la forza forte non diventi piu’ intensa di quella coulombiana. Sotto questo limite, ci sara’ un’attrazione spontanea che portera’ alla formazione di un nucleo piu’ pensate, rilasciando energia.

Qual e’ il limite nella produzione di energia da fusione? Ovviamente, dovete fare in modo che l’energia spesa per avvicinare i nuclei sia minore di quella che viene ceduta dopo la fusione. Questo e’ il famoso bilancio positivo di cui tanti parlano ma, lasciatemi dire, in pochi hanno veramente capito.

Di questi processi abbiamo parlato in diversi articoli mostrando le diverse tecniche che si stanno sperimentando nel mondo:

Sole: quanta confusione!

La stella in laboratorio

Studiare le stelle da casa!

Contrapposti a questi, ci sono poi i diversi esperimenti per creare quella che viene definita “fusione fredda” e su cui tanta speculazione e’ stata fatta negli ultimi anni:

E-cat meraviglia o grande bufala?

Ancora sulla fusione fredda

Come detto e ripetuto piu’ volte, dobbiamo essere aperti di mente nei confronti di questi processi che pongono le loro radici in metodi scientifici conosciuti. Quello che pero’ manca, e’ una dimostrazione oggettiva che questi apparecchi, esempio su tutti l’E-Cat, siano veramente in grado di produrre energia in quantita’ maggiore di quella data in ingresso.

Perche’ torno nuovamente su questi argomenti?

Come forse avrete letto, solo pochi giorni fa e’ stato fatto un nuovo anuncio riguardante la ricerca sulla fusione nucleare. In un articolo pubblicato sulla rivista Nature, il NIF, National Ignition Facility, della California ha annunciato di aver ottenuto un bilancio positivo della reazione di fusione di isotopi di idrogeno in elio.

Del NIF abbiamo gia’ parlato nei precedenti articoli riportati sopra. Come sappiamo, in questo caso si utilizzano quasi 200 fasci laser per comprimere, mediante oro, atomi e isotopi di idrogeno, deuterio e trizio, per formare elio. Nel processo viene rilasciata l’energia della fusione.

Come capite bene, in questo caso il bilancio positivo si ha se l’energia rilasciata e’ maggiore di quella necessaria per far sparare nello stesso istante tutti i laser.

Nei primi anni di vita, il NIF ha rappresentato una grande speranza per la ricerca della fusione, attirando grandi finanziamenti. Finanziamenti che poi sono diminuiti quando i risultati ottenuti erano notevolmente inferiori alle aspettative.

Oggi, il NIF e’ riuscito ad ottenere per la prima volta un bilancio positivo, anche se solo minore dell’1%, rispetto all’energia richiesta per far andare i laser. Se proprio vogliamo dirla tutta, non siamo ancora contenti di questo risultato e saranno necessari tantissimi altri studi prima di poter gridare vittoria e prima di poter vedere la fusione utilizzata per la produzione di energia.

Come detto nell’introduzione, lo scopo di questo gioco e’ quello di tenere in qualche modo gli atomi fermi mentre li comprimiamo fino alla fusione. Nel NIF questo confinamento avviene sfruttando l’inerzia dei nuclei stessi e proprio per questo motivo si parla di “confinamento inerziale”. Diversamente, ad esempio per ITER, si cerchera’ di utilizzare forti campi magnetici per tenere i nuclei uniti, parlando di “confinamento magnetico”. La trattazione di questo aspetto non e’ affatto banale e rappresenta, a questo livello, un contributo assolutamente non trascurabile nel bilancio energetico finale della reazione.

Perche’ dico questo?

I risultati ottenuti dal NIF sono assolutamente ragguardevoli e sono un ordine di grandezza maggiore rispetto ai migliori risultati precedenti. Il bilancio positivo dell’1% non tiene pero’ conto dell’energia spesa per il confinamento. Questo per far capire quanto lavoro e’ ancora necessario.

La comunita’ scientifica della fusione, pone tutte le sue speranze, nel progetto internazionale ITER. Come sapete bene, in questo caso si parla di un vero e proprio reattore prototipale per la produzione di energia per fusione. Anche in questo caso, ci saranno diverse sfide tecnologiche da vincere ma la strada segnata dai successi degli ultimi anni non puo’ che farci ben sperare.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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La sequenza sismica del Matese

22 Gen

Dopo il primo articolo comparso qualche settimana fa:

Cos’e’ successo in Sardegna?

la nostra cara amica Patrizia ha deciso di concederci il bis, con un nuovo post sulla sismologia della nostra penisola. Questa volta ci spostiamo nel matese per capire cosa sta succedendo nella zona, se veramente e’ in corso uno sciame sismico come qualcuno sostiene e, soprattutto, per far capire alle popolazioni del posto come comportarsi. Chi meglio di una geologa puo’ raccontarci queste notizie?

Da Patrizia: La sequenza del Matese

 

Il 29 dicembre 2013, alle 18.08, si è verificato un terremoto di magnitudo 4.9 nella zona del Matese, in Campania, tra le province di Caserta e Benevento (figura 1), con  una profondità ipocentrale di 10,5 km. Pochi minuti prima la RSN (Rete Sismica Nazionale) ha registrato nella stessa area un evento di magnitudo 2.7.  Numerose sono state le scosse di assestamento successive, con magnitudo inferiore.

Oggi, 20 gennaio 2014, alle 08.12 , nella zona in esame si è avuto un nuovo evento importante di magnitudo 4.2, ad una profondità di 11,1 km.

A sinistra: Fig.1, Epicentro del terremoto del 29/12/13. A destra: Fig.2, Sequenza sismica del Matese.

A sinistra: Fig.1, Epicentro del terremoto del 29/12/13. A destra: Fig.2, Sequenza sismica del Matese.

 

Nel Matese è dunque palesemente in atto una sequenza sismica (figura 2).

Ormai siamo abituati a sentir parlare di sequenza sismica e spesso ci chiediamo se c’è un collegamento tra le diverse sequenze in atto sul territorio nazionale. Per sapere se c’è davvero un nesso geologico tra i terremoti registrati in Italia dalla RSN dobbiamo capire la geodinamica dell’area italiana. Quando parliamo di geodinamica prendiamo in considerazione  il movimento delle placche tettoniche. Il territorio italiano si trova nella zona di incontro/scontro tra la placca euroasiatica e la placca africana. In particolare, nell’Italia meridionale, l’interazione tra le due placche è accompagnata da un processo di subduzione testimoniato proprio dall’attività sismica intermedia e profonda. Detto in altri termini, la placca africana si infila sotto quella euroasiatica, dando luogo ai terremoti che si registrano lungo l’Appennino centro-meridionale.

fig3

Alla base delle sequenze sismiche degli ultimi tempi (Pollino, Gubbio, Matese) c’è quindi lo stesso meccanismo genetico. Nella figura 3 è indicato il meccanismo focale del terremoto del 29/12/13. Il meccanismo focale di un terremoto è dato dall’individuazione del piano di faglia e del movimento relativo delle rocce lungo tale piano ed è  rappresentato graficamente da un “pallone”. Nel caso specifico, il meccanismo focale ci indica che si è attivata una faglia distensiva con andamento NW-SE, detta faglia appenninica, come si vede dalla forma riportata nella figura.

Per capire come si muovono le rocce lungo il piano di faglia, consideriamo due fogli di carta in formato A4 e incolliamoli in corrispondenza del lato lungo con 3 o 4 punti di colla. Per scollarli esercitiamo una certa pressione dall’alto verso il basso in corrispondenza dei punti di colla. Progressivamente la colla cederà e i fogli si staccheranno. Analogamente, lungo un piano di faglia le rocce si frattureranno quando l’energia accumulata supererà il loro punto di rottura e libereranno questa energia come onde sismiche. La fatturazione può avvenire lungo uno o più punti (come il distacco dei due fogli di carta lungo i punti di colla).  In particolare la faglia sismogenetica del Matese che ha dato luogo al terremoto di fine anno risulta segmentata da una serie di faglie perpendicolari. Se il movimento delle rocce è avvenuto lungo un segmento di faglia, la “turbolenza” è stata trasmessa agli altri segmenti cioè la rottura in un punto ha alterato lo stato di sforzo delle porzioni di roccia adiacenti. In questo caso, siamo in presenza di un sottosuolo tettonicamente instabile e questo significa che nella stessa zona si possono verificare altri terremoti.

Fig.4: Terremoti storici nell’area del terremoto del 29/12/2013

Fig.4: Terremoti storici nell’area del terremoto del 29/12/2013

I dati della sismicità storica evidenziano tre eventi catastrofici nella zona in esame (figura 4):

1)    5/12/1456  (magnitudo intorno a 7)

2)    5/6/1688   (magnitudo intorno a 7)

3)    26/7/1805 (magnitudo 6.6)

Sempre nel distretto sismico del Matese, ma con altri epicentri, ricordiamo due eventi analogamente violenti nel XX secolo:

1)    21/8/1962  fra Sannio e Irpinia (magnitudo 6.1)

2)    23/11/1980 Irpinia (magnitudo 6.9)

Nonostante i dati storici a disposizione sul reale rischio sismico, la zona in esame fino al 1984 non era nemmeno classificata come sismica. Dal 1984 al 2002 è stata considerata a media sismicità. Solo dopo il 2002 è stata classificata come zona ad alta sismicità (figura 5):

Fig.5: Mappa di pericolosità sismica

Fig.5: Mappa di pericolosità sismica

Allo stato attuale delle conoscenze, non si è in grado di stabilire quanta energia sismica entri in gioco nel movimento delle placche dal momento che non è possibile investigare il sottosuolo oltre i 10 km di profondità e non è possibile riprodurre in laboratorio gli stati di sforzo cui sono sottoposte le rocce in queste condizioni. Questo significa che non si può prevedere il trend evolutivo della sequenza sismica che stiamo esaminando. Nessuno può indicare con esattezza dove, quando e se si verificherà un nuovo evento catastrofico. E’ probabile che l’energia accumulata si scaricherà attraverso una serie di eventi come quelli finora registrati. Siamo comunque nel campo delle ipotesi.

Senza alcuna intenzione polemica, mi dissocio da chi ha suggerito alla gente di dormire in auto per qualche notte. Piuttosto inviterei le persone interessate a verificare lo stato di agibilità delle proprie abitazioni e di ricorrere, se necessario, all’ospitalità di parenti/amici/conoscenti residenti in zone non a rischio. Logicamente, deve restare alto il livello di guardia per le autorità competenti affinché si mettano in sicurezza gli edifici non a norma.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

21 Dicembre 2012: la nuova era boliviana

27 Lug

Come potete leggere sul libro Psicosi 2012. Le risposte della scienza, ci sono diverse profezie di natura spirituale sul 21 Dicembre. In molte di queste si ipotizza l’inizio di una nuova era, con sfumature e tipologie diverse da profezia a profezia, che iniziera’ proprio in concomitanza con la fine del calendario Maya.

Vi parlo di queste profezie, perche’ proprio oggi e’ stata data la notizia che il governo Boliviano, capitanato da Evo Morales, ha deciso di mettere al bando la vendita e la distribuzione della Coca Cola nel proprio paese. Il divieto diventera’ esecutivo proprio a partire dal 21 Dicembre 2012.

La scelta della data e’ stata proprio fatta basandosi sulla fine del calendario Maya. Secondo il governo boliviano, questo sarebbe il primo passo per segnare l’inizio di una nuova era in cui il capitalismo sarebbe messo al bando dal paese. Ovviamente, la coca cola e’ uno dei simboli del capitalismo e della globalizzazione. Secondo il ministro degli esteri boliviano, David Choquehuanca, “il 21 Dicembre 2012 sara’ la fine dell’egoismo e della divisione”, aggiungendo anche che “sara’ la fine della coca cola e l’inizio del mocochinche'”, una tradizionale bevanda boliviana a base di nettare di pesca.

Come potete immaginare, a parte la curiosita’ della scelta della data, presa come pretesto e per attirare l’attenzione sul fatto, il governo sta cercando di estirpare uno dei simboli degli Stati Uniti. A sostegno di questa affermazione, l’anno scorso in Bolivia e’ stata lanciata una bevanda chiamata “Coca Colla” che richiama, oltre che nel nome anche nell’etichetta, la celebre bevanda conosciuta in tutto il mondo.

Etichetta della bevanda boliviana Coca Colla

Il nome deriva dagli indigeni che abitavano l’altopiano andino, noti come “Colla”, ed e’ una bevenda fatta partendo da estratti della pianta di Coca.

Per farvi capire l’avversione della Bolivia al capitalismo americano, negli anni passati gli stabilimenti della Coca Cola sono stati continuamente controllati alla ricerca di problemi sanitari, lavorativi o di gestione. Sempre l’anno scorso, 8 ristoranti McDonald’s sono stati costretti a chiudere dopo il boicottaggio da parte della popolazione e della pressione esercitata dal governo boliviano.

Ovviamente ci sono tantissime “vere” profezie spirituali per il 21 Dicembre 2012, che meritano di essere approfondite e che mettono le loro radici in religioni e filosofie anche molto antiche. Come e’ possibile che anche altri sistemi di conteggio abbiano un momento di svolta in concomitanza con la fine del calendario Maya? E’ possibile che nessuna di queste profezie abbia una minima probabilita’ di accadere? Scopriamo le risposte a queste domande leggendo Psicosi 2012. Le risposte della scienza.