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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.

Il misterioso missile visto dallo spazio

13 Ott

Solo un paio di giorni fa, il nostro astronauta Luca Parmitano, che come sapete bene e’ ospite sulla Stazione Spaziale Internazionale, ha postato delle bellissime foto di un misterioso lancio missilistico. Avete capito proprio bene, le foto in questione riguarderebbero il lancio di un missile da Terra verso l’atmosfera avvenuto il 10 ottobre.

Una prima foto mostra la scia lasciata dal missile mentre sale in atmosfera:

La scia del missile lasciata in atmosfera

La scia del missile lasciata in atmosfera

mentre la seconda foto e’ relativa ad una immensa nube lasciata dal missile che si e’ disintegrato poco sopra l’atmosfera terrestre:

Nube lasciata dalla disintegrazione del missile

Nube lasciata dalla disintegrazione del missile

Appena pubblicate le foto, lo stesso Parmitano ignorava cosa fosse stato lanciato verso lo spazio, ma soprattutto da chi.

La risposta a queste domande e’ arrivata subito dopo, quando le forze militari russe hanno pubblicato un trafiletto sul loro sito per parlare del lancio di un Topol /SS-25.

Per chi non fosse esperto, il Topol/SS-25, anche chiamato RT-2PM, e’ un missile balistico intercontinentale sovietico. Si tratta dell’ultima generazione dei missili cosiddetti ICBM, ultraleggeri e con propellente solido. Questo genere di missili, come anticipato a lunga gittata, possono trasportare testate nucleari. Il test in questione e’ stato effettuato per verificare la manovrabilita’ e l’affidabilita’ di questo genere di vettori, relativamente piu’ leggeri dei precedenti e, come anticipato, completamente alimentati da combustibile solido.

Ecco il link della Russian Strategic Nuclear Force che parla del test missilistico:

RSNF, test ottobre 2013

Come potete leggere, si e’ trattato di un test di controllo del missile, ovviamente non equipaggiato con testate nucleari. Il missile in questione e’ stato fatto disintegrare non appena arrivato nella parte alta dell’atmosfera, dopo aver dichiarato il test completamente riuscito.

Sempre nell’articolo dell’esercito russo trovate che non e’ stato questo il primo test sui Topol/SS-25 dal momento che un precedente test era stata condotto a Giugno 2012, sempre con lo stesso scopo.

Il fatto che le nazioni eseguano esercitazioni con armi tanto potenti e che migliorino sempre i loro armamenti ed equipaggiamenti, non rappresenta certo una novita’. Ognuno di noi puo’ pensare quello che vuole riguardo a queste attivita’, ma test di questo tipo ci sono sempre stati e, molto probabilmente, ci saranno sempre.

In questa occasione in particolare, il test ha avuto degli spettatori in una posizione veramente privilegiata, cioe’ gli astronauti della ISS che hanno potuto osservare tutte le fasi del lancio e anche gli effetti della disintegrazione a 300 Km di altitudine.

Riportata la notizia e compresa, da fonti ufficiali, la natura del test, prima di concludere vorrei riportarvi come questa notizia e’ stata interpretata dai tanti siti catastrofisti che ci sono ormai su internet.

Diversi siti hanno riportato le foto scattate da Parmitano e ovviamente hanno approfittato degli iniziali momenti in cui nessuno era in grado di identificare l’origine del lancio. Perche’ dico questo? Se provate a leggere la stessa notizia di cui stiamo parlando su uno dei tanti siti complottisti che inquinano la rete, troverete delle storie davvero fantasiose. C’e’ chi parla di preparazione alla terza guerra mondiale, chi parla di missile lanciato per abbattere un ufo osservato in volo, chi parla di lancio verso lo spazio di una sonda spaziale per motivi misteriosi. Insomma, tante storie campate in aria e senza la minima prova a sostegno. La cosa piu’ divertente e’ che anche dopo la pubblicazione della nota riportata da parte dell’esercito russo, ci sono ancora tanti siti che parlano di lancio misterioso e non compreso. A questo punto mi chiedo: possibile che questi signori non si rendano conto di quanto siano ridicoli? Peggio ancora, posso pensare che molte persone si documentino solo su questi siti e che evitino di fare delle ricerche autonome sulla rete. Anche questa possibilita’ non mi sorprende affatto. Come detto diverse volte, cercate sempre di verificare le fonti e le notizie in maniera autonoma. Solo in questo modo potrete avere un’idea chiara di quello che vi si racconta e costruire una vostra opinione personale. La rete offre delle possibilita’ incredibili, ma, se non utilizzate in modo corretto, rischiamo solo di portarvi fuori strada.

Personalmente, resto sempre piu’ convinto che, al giorno d’oggi, ci sarebbe bisogno di un’educazione alla rete, proprio per insegnare a districarsi nei labirinti di internet senza restare impantanati su siti con credibilita’ pari a zero.

 

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