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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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Aumento di uragani per il 2013

2 Giu

In questi giorni, diversi giornali e siti internet hanno pubblicato le previsioni per la stagione degli uragani 2013. Per chi non lo sapesse, il periodo piu’ propizio per la formazione di questi eventi atmosferici va dal 1 Giugno al 30 Novembre e, come e’ noto, interessa principalmente la parte centrale degli Stati Uniti oltre ovviamente ai paesi caraibici.

Purtroppo, come spesso avviene, ho letto tantissime inesattezze su questi articoli, a volte per confusione fatta nell’interpretazione delle previsioni, altre volte, purtroppo, per il solito catastrofismo che, soprattutto sulla rete, imperversa.

Cosa trovate scritto? Semplicemente che il numero di uragani aumentera’ del 70% rispetto alla norma e che in particolar modo ci sara’ un aumento sostanziale del numero di uragani maggiori che dunque potrebbero arrecare forti danni nelle zone interessate. Senza aggiungere altro, vi lascio immaginare la feroce speculazione che si e’ creata sulla rete parlando ovviamente di geoingegneria, modificazioni del clima, HAARP, Nibiru, e compagnia bella, che tanto ormai sono la cuase di tutto quello che avviene nel mondo.

Cerchiamo di andare con ordine e di capire meglio la cosa.

Prima di tutto, qui trovate il bollettino ufficiale rilasciato dal NOAA, l’ente americano che, tra le altre cose, si occupa anche di eseguire previsioni e simulazioni per il fenomeno degli uragani:

NOAA, Uragani 2013

Cosa troviamo? Prima di tutto leggiamo molto attentamente i numeri che vengono riportati, perche’ proprio su questi c’e’ la maggior confusione in assoluto. Partiamo dalle medie registrate. Normalmente, dove “normalmente” significa “in media”, ci sono 12 “named storms” all’anno, cioe’ tempeste con venti che superano i 63 Km/h e a cui viene attribuito un nome. Tra queste, e attenzione “tra queste” non significa “oltre a queste”, ci sono, sempre in media, 6 uragani, cioe’ tempeste i cui venti superano i 118 Km/h. Bene, ora non perdete il filo, tra questi 6 uragani ce ne sono, sempre in media, 3 che vengono classificati come “uragani maggiori”, cioe’ con venti oltre i 180 Km/h.

Cerchiamo di riassumere. Ogni anno in media ci sono 12 tempeste con venti che superano i 63 Km/h e a cui viene assegnato un nome. Tra tutte queste che superano questo limite, ce ne sono, sempre in media, 6 che superano i 118 Km/h e che quindi vengono chiamati uragani e di questi 6 ce ne sono 3 che superano i 180 Km/h e che quindi vengono chiamati “uragani maggiori”.

Bene, quanti sono in tutto gli eventi? Ovviamente la risposta e’ sempre 12, e questo numero comprende tempeste, uragani e uragani maggiori.

Cosa ci si aspetta per il 2013?

Come potete leggere nel bollettino del NOAA, dai calcoli statistici effettuati, si e’ evidenziata una probabilita’ del 70% che il numero di tempeste possa essere superiore alla media, in particolare, compreso tra 13 e 20. Cosa significa? Prima di tutto che vi e’ una probabilita’ di questo aumento, non una certezza come vorrebbero farvi credere. Inoltre, viene fornito un intervallo piuttosto largo di ipotesi. Le 12 tempeste sono il numero medio registrato negli anni, dare un intervallo tra 13 e 20, significa andare da un valore praticamente in media, 13, ad uno superiore ai trascorsi, 20.

Questo solo per smentire subito tutte quelle fonti che parlano di aumento certo.

Ora, in questo numero compreso tra 13 e 20, viene fornito anche un quadro della composizione. Come visto, questo e’ il numero totale di eventi con venti superiori ai 63 Km/h. Come riportato dal NOAA, le previsioni sulla composizione sono: un numero compreso tra 7 e 11 di tempeste che potrebbero arrivare ad uragani e un numero compreso tra 3 e 6 che potrebbero sfociare in uragani maggiori.

Analizziamo questi numeri. Nel caso piu’ favorevole, si avrebbero 13 tempeste, di cui 7 uragani e 3 uragani maggiori. Praticamente questi numeri sono nelle medie riportate all’inizio. Nel caso piu’ sfavorevole invece, si avrebbero 20 tempeste di cui 11 uragani e 6 uragani maggiori. In questo caso invece tutte le categorie subirebbero un forte aumento rispetto ai valori medi.

Come vedete, questi numeri occupano un intervallo molto largo in cui e’ difficile fare previsioni precise. Ovviamente, il NOAA diffonde questi dati come indicazione per la stagione che sta inziando. Data la larghezza degli intervalli considerati, non e’ possibile fare previsioni esatte ne’ tantomeno fare analisi dettagliate.

Perche’ allora vengono fornite queste previsioni?

In realta’, il compito di questi calcoli e’ molto importante e serve per analizzare in termini statistici il comportamento di alcuni rilevanti parametri ambientali e climatici. Come riportato nel bollettino del NOAA, queto risultato superiore alla media viene spinto da alcune evidenze molto importanti:

– il forte monsone sull’Africa occidentale responsabile dell’aumento degli uragani nell’Atlantico iniziato a partire dal 2005

– le temperature leggermente piu’ alte nell’Atlantico tropicale e nel Mar dei Caraibi

– il ritardo nello sviluppo de “El Niño” che potrebbe non incrementarsi quest’anno

Attenzione, anche su questo ultimo punto, potete leggere notizie inesatte su diverse fonti. Non e’ che El Niño e’ scomparso o non si forma, semplicemente, al solito a causa di molti fattori correlati tra loro, quest’anno questo fenomeno atmosferico, che mitiga notevolmente gli uragani, potrebbe non aumentare. Questo non significa che e’ scomparso. Nella figura riportata vedete proprio l’andamento di El Niño negli ultmi mesi ottenuto monitorando la temperatura del Pacifico.

Temperature del Pacifico delle ultime settimane. Fonte: ENSO

Temperature del Pacifico delle ultime settimane. Fonte: ENSO

Concludendo, cosa abbiamo ottenuto? I risultati delle simulazioni condotte dal NOAA mostrano una probabilita’ del 70% che ci sia quest’anno un aumento del numero di tempeste. Questo aumento comporta un numero di fenomeni compreso tra 13 e 20 rispetto ad una media degli anni di 12. Il largo intervallo utilizzato non e’ utilizzabile per fare previsioni specifiche, ma l’indicazione dei modelli e’ importante per valutare diversi aspetti climatici di interesse mondiale. Proprio per concludere, ricordiamo che si tratta di calcoli statistici, forniti sulla base di modelli. Il numero medio utilizzato per il confronto viene da un database comprendente decine di anni di osservazione. Condizione per cui, sul singolo anno, variazioni rispetto a questa media sono del tutto normali e statisticamente possibili.

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