Fusione, ci siamo quasi?

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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Il miracolo del sangue di San Gennaro

Nella sezione:

– Hai domande o dubbi?

e’ stato richiesto un argomento davvero molto interessante. Come potete leggere, ci e’ stato chiesto di scrivere un articolo sul cosiddetto “miracolo del sangue di San Gennaro”. Credo che questo argomento sia davvero molto interessante perche’, in particolare, esistono due scuole di pensiero molto rigide a riguardo: quelli che credono al miracolo e quelli che invece credono che la scienza abbia gia’ spiegato tutto, mostrando la natura non miracolosa del fatto.

In realta’, cosi’ come spesso avviene su questo blog, non esiste una spiegazione certa e comunemente accettata per la liquefazione del sangue di San Gennaro. Esistono delle ipotesi molto plausibili, ma che hanno subito e continuano a subire molte critiche anche da addetti ai lavori non pienamnete convinti della spiegazione.

Come nostra abitudine, cerchiamo dunque di analizzare in dettaglio la cosa, ragionando in modo autonomo e cercando, qualora ce ne fossero, di provare a rispondere ai punti ancora scoperti della questione.

Partiamo da quello che tutti conoscono: in tre date particolari, il 19 settembre, il sabato che precede la prima domenica di maggio e il 16 dicembre, a Napoli viene organizzata una grande processione in cui viene mostrato il reliquiario con il sangue di San Gennaro. Durante questo rito, il reliquiario viene mosso in modo molto rituale e se il sangue si liquefa allora questo viene visto come un buon auspicio per la citta’. Inutile dire che questa manifestazione e’ molto sentita dai napoletani, da sempre molto devoti al Santo. Proprio per questo motivo, come riprenderemo in seguito, e’ molto difficile provare a dare spiegazioni razionali della cosa, senza incorrere nel nervosismo dei fedeli partenopei.

In particolare, il reliquiario contiene al suo interno due ampolle, una riepita piu’ o meno fino a meta’ e l’altra con poche tracce di “sangue”. Per il momento, permettetemi di scrivere “sangue” tra virgolette perche’ questo e’ uno dei punti maggiormente discussi della questione.

Per inquadrare meglio il problema, ripercorriamo la storia di queste reliquie e ovviamente quella del santo.

Per essere precisi, la storia stessa di San Gennaro e’ molto fumosa e, proprio per questo motivo, diverse fonti hanno addirittura messo in discussione l’esistenza stessa del Santo. Il 19 settembre 305, durante la persecuzione di Diocleziano verso i Cristiani, si racconta che Gennaro, vescovo di Benevento, venne decapitato insieme ad altri fedeli nella solfatara di Pozzuoli. Secondo altre fonti, Gennaro, nella stessa data, venne destinato ai leoni. Questa e’ gia’ una prima incongruenza della storia, ma, nonostante la parte centrale non coincida, la fine e’ sempre la stessa: qualora fosse esisitito, Gennaro sarebbe stato un martire cristiano.

Come usanza nei confronti dei martiri, il sangue ed il corpo di Gennaro vennero raccolti e conservati.

Le cerimonie in onore di San Gennaro vennero istituite nel 1337 ma la prima liquefazione venne osservata il 17 agosto 1389. Cosa significa? Come e’ facile immaginare, il sangue raccolto all’interno delle ampolle appare in forma solida e scura. Per liquefazione si intende il ritorno del sangue allo stato fluido. Detto in altri termini: il sangue ritorna nel suo stato normale, come se fosse appena sgorgato dalla testa del santo. Da allora, come anticipato, il miracolo del sangue viene tentato 3 volte l’anno: nell’anniversario della morte, nell’anniversario dello spostamento dei resti nelle catacombe di Capodimonte e nell’anniversario di una forte eruzione del Vesuvio, durante la quale i napoletani si affidarono completamente al Santo che risparmio’ la citta’.

Analizziamo subito questi fatti: dal 1389, si sono avute circa 11000 liquefazioni del sangue. Il miracolo si e’ ripetuto “quasi” sempre, tranne qualche sparuto caso. In qualche occasione, la liquefazione si e’ avuta anche in date diverse da quelle ufficiali. Teniamo a mente questi particolari, perche’ tra poco entreranno prepontentemente nella discussione.

Bene, abbiamo capito l’origine e la tipologia del miracolo. Ora, cosa possiamo dire a riguardo? Si tratta di un miracolo o esiste una spiegazione scientifica?

Come anticipato, il discorso non e’ semplice, tantomeno con una spiegazione univoca.

Dal punto di vista scientifico, il sangue umano conservato in un’ampolla sigillata coagula diventando solido. Ora, e’ possibile che si rompa il coagulo e il sangue possa ritornare allo stato liquido, ma questo non puo’ certo avvenire con la regolarita’ mostrata dalla reliquia del santo e soprattutto con lo stesso comportamento per secoli.

L’ipotesi di spiegazione scientifica piu’ accettata, e’ stata data nel 1991 da alcuni ricercatori del CICAP. La spiegazione del comportamento del fluido sarebbe da ricercarsi nella tissotropia. Con questo termine si intendono dei materiali, normalmente in uno stato solido o molto denso, che, a seguito di sollecitazioni meccaniche, possono assumere lo stato fluido per un certo tempo. Interrote le sollecitazioni il materiale torna allo stato solido. In natura esistono diversi composti con questa prorieta’. L’esempio classico che viene fatto e’ quello della salsa Ketchup che quando viene scossa si liquefa riuscendo ad uscire dall’orifizio praticato nel contenitore.

Oltre ad aver proposto la spiegazione, i ricercatori del CICAP hanno anche realizzato una sospensione con proprieta’ tissotropiche e aspetto molto simile a quello del fluido contenuto nelle ampolle. Per realizzare la sospensione sono stati utilizzati: cloruro ferrico, carbonato di calcio, cloruro di sodio e acqua. Lo studio dei ricercatori e la successiva prova sperimentale sono stati pubblicati addirittura sulla illustre rivista Nature, oltre ad avere enorme eco sia sui giornali italiani che esteri.

Dunque? Tutto spiegato, quello cotenuto nelle ampolle non e’ sangue ma un materiale tissotropico e non si tratta assolutamente di un miracolo. In realta’, come anticipato, non e’ assolutamente cosi’. La spiegazione data ha creato un turbine di discussioni che durano ancora oggi.

Proviamo ad analizzare singolarmente le critiche e le successive risposte date.

Per prima cosa, e’ possibile che al tempo si sia realizzato un materiale con queste caratteristiche? Assolutamente si. I composti utilizzati dal CICAP sono noti da secoli e anche molto abbondanti nella zona del napoletano. Il cloruro ferrico, sotto forma di miosite, e’ molto abbondante sulle pendici del Vesuvio. Il carbonato di calcio e’ la molecole principale, quasi il 95%, che compone il guscio d’uovo. Il cloruro di sodio, il sale per intenderci, e’ disponibile ovunque. Dunque, e’ possibile che un composto del genere sia stato realizzato secoli fa in quella zona.

Attenzione pero’, ci sono altri due punti molto importanti e sui quali la discussione e’ ancora in corso. Prima di tutto, il composto realizzato dal CICAP rimane tissotropico per soli 2 anni. Il miracolo del sangue di San Gennaro avviene da secoli. Inoltre, il ricorso ad un materiale di questo tipo non spiegherebbe assolutamente come mai in alcune occasioni, nonostante i ripetuti scossoni al reliquiario, il sangue non si sia sciolto. Analogamente, non si capisce perche’, in alcune occasioni, il sangue era gia’ in forma liquida prima della processione, senza che qualcuno lo avesse scosso.

C’e’ anche un altro punto fondamentale, nel 1902 venne fatta una prima analisi spettroscopica delle ampolle e questi studi mostrarono la presenza di ossiemoglobina, cioe’ la combinazione del pigmento contenuto nei globuli rossi con l’ossigeno. Detto in altri termini, all’interno delle ampolle c’e’ sangue e non qualche strano gel artificiale.

Dunque? Cosa possiamo dire a riguardo?

Iniziamo dagli studi spettroscopici. Come detto, la prima analisi spettroscopica, con un sistema a prisma, venne fatta nel 1902. La presenza di ossiemoglobina venne pero’ confermata anche da analisi successive. Secondo alcuni biologi dell’universita’ di Napoli, quello contenuto nell’ampolle e’ compatibile con sangue umano antico. Durante la liquefazione pero’, il fluido appare con un colore rosso vivo, come se fosse stata possibile la riattivazione dell’ossiemoglobina. Vi ricordo che le ampolle sono sigillate e che in nessun caso il loro contenuto entra in contatto con l’ossigeno dell’aria.

Capite dunque perche’ ancora oggi e’ acceso il dibattito riguardo al miracolo del sangue di San Gennaro. Esiste una proposta di spiegazione scientifica, ma esistono anche delle controaffermazioni basate su fatti oggettivi. Riassumendo, a favore della tissotropia abbiamo: un fluido con le caratteristiche fisiche simili a quelle della reliquia, ottenuto con materiali disponibili al tempo e nella zona, un comportamento meccanico giusto. A sfavore abbiamo: il gel ottenuto dura solo 2 anni, le analisi condotte mostrano che all’interno delle ampolle c’e’ sangue e non un gel sintetico, l’ipotesi tissotropica non spiega perche’ in alcuni casi il sangue non si sia liquefatto mentre in altri si e’ liquefatto prima ancora di essere sollecitato meccanicamente.

A questo punto, non resta che ragionare autonomamente su questi punti, provando a dire la nostra.

Prima di tutto, e’ il caso di dire che la chiesa non riconosce ufficialmente questo come un miracolo. Ad essere sinceri, qualche anno fa, la chiesa aveva eliminato le tre date relative a San Gennaro dal calendario delle celebrazioni liturgiche. Come e’ facile immaginare, questo ha causato una vera e propria rivolta tra i fedeli napoletani, per cui la chiesa ha deciso di non riconoscere ufficialmente il miracolo, ma di non impedire le celebrazioni.

Riguardo invece alla durata temporale del gel tissotropico, gli stessi ricercatori del CICAP autori del gel, sostengono prima di tutto di aver realizzato diversi campioni, i quali hanno mostrato durate anche fino a 10 anni. Ovviamente, siamo ancora lontani dai secoli del sangue di San Gennaro, ma, come riportato in diverse fonti, non e’ stata neanche prestata la massima cura nella chiusura ermetica del tappo delle provette. Studiando ampolle della stessa epoca, si e’ evidenziato come i tappi siano perfetamente sigillati impedendo l’apertura delle reliquie se non rompendole. In questo caso dunque, anche le ampolle di San Gennaro sono perfettamente chiuse in modo stagno, mentre il gel realizzato in laboratorio no.

E come la mettiamo con le spettroscopie fatte? Il fatto di aver trovato emoglobina, dimostra che c’e’ sangue anzi, per essere precisi, dimostra che e’ contenuta una frazione di sangue nelle ampolle. Come capite bene, niente esclude che nelle ampolle possa essere contenuto un gel tissotropico con un aggiunta di sangue.

Personalmente poi, vorrei riflettere su un aspetto: l’ampolla, come anticipato, non e’ completamente piena. In questo caso, sicuramente all’interno, oltre al sangue, e’ presente un certo volume d’aria. Ora, restando nel caso di volume sigillato in modo perfetto, sicuramente le variazioni dei parametri ambientali potrebbero influire sull’aria piu’ che sul sangue. Non mi risulta che la reliquia sia conservata in atmosfera controllata. Se anche fosse, questo non sarebbe sicuramente vero durante le processioni. In questo caso, un aumento di temperatura, a volume costante, provoca un aumento di pressione nell’aria che per costrizione spinge sul sangue. In questo caso, potremmo avere una sollecitazione, non di taglio, di spinta sul sangue. In questo caso, si potrebbe pensare che anche le condizioni di pressione e temperatura dell’aria influirebbero sull’eventuale liquefazione, cosa, almeno dalle fonti viste, non ancora chiamata in causa. Il considerare i parametri ambientali potrebbe anche spiegare perche’ in alcuni casi il sangue non si e’ sciolto. Se la pressione interna e’ piu’ alta, in questo caso le scosse mecaniche date sarebbero ammortizzate dal volume d’aria in sovrapressione, trasferendo minor impulso al sagnue.

A questo punto, capite dunque che la spiegazione del fenomeno della liquefazione del sangue di San Gennaro non e’ ancora stata data o meglio non e’ stata ancora accettata da tutti rispondendo a tutti i quesiti e le possibili domande. Per rispondere in modo sicuro, direte voi, non basterebbe analizzare il contenuto delle ampolle e vedere cosa contengono? Questa e’ un’osservazione verissima. Purtroppo, non e’ possibile analizzare le reliquie perche’ la Chiesa non lo consente. Non so se e’ il caso di dire la Chiesa di Roma o la Curia di Napoli, fatto sta che ad oggi nessuno ha potuto analizzare in dettaglio il contenuto delle ampolle.

Permettetemi una riflessione. Se analizzando il contenuto delle ampolle si scoprisse che dentro c’e’ un liquido tissotropico, i fedeli perderebbero la loro devozione nei confronti del santo? Personalmente credo di no. Forse, in alcuni casi, la spettacolarizzazione degli eventi conta piu’ della verita’. Detto questo, non resta che aspettare di vedere se l’ipotesi tissotropica possa essere confermata in qualche modo o, eventualmente, trovare un’altra spiegazione certa del miracolo. Alla luce di quanto detto, non parlerei assolutamente di miracolo. A riprova di questo, esistono molte reliquie in Italia contenenti sangue di martiri e molte di queste presentano il fenomeno della liquefazione. Anche su questo punto, molti ribattono dicendo che negli altri casi non si registrano fenomeni di liquefazione in date cosi’ precise. Questo non e’ vero del tutto. Nel Duomo di Ravello, e’ conservata una reliquia con il sangue di San Pantaleone, sangue che regolarmente il 27 luglio, data del martirio avvenuto nel 325, tornerebbe liquido. Vi faccio notare anche un’altra cosa: tutte le ampolle conservate con il sangue dei martiri, non vengono prese e “scosse” in date precise per vedere se il sangue si liquefa o no.

 

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