La fusione nucleare è all’orizzonte, il fisico Ciotti: “Potrà offrire energia illimitata, green e senza rischi”

Insieme a Marco Ciotti, fisico e ricercatore dell’Enea di Frascati abbiamo approfondito il delicato tema della fusione nucleare. Padroneggiare questa reazione atomica, tipica del Sole e delle altre stelle, potrebbe rappresentare una vera svolta: i nuovi reattori garantirebbero energia a basso costo, praticamente infinita e con un impatto ambientale decisamente inferiore rispetto alla fissione. E in più offrirebbero un livello di sicurezza tale da far “dimenticare” gli incidenti che ancora oggi popolano i nostri peggiori incubi.

Nel viaggio all’interno dell’universo della fisica atomica, l’uomo ha una meta che lo attende lì, all’orizzonte: imparare a innescare, controllare e sfruttare le reazioni di fusione nucleare. Cioè lo stesso processo di produzione di energia che caratterizza il Sole. È un po’ la “nemesi” della fissione. Quest’ultima consiste nella scissione di nuclei di uranio e come ti ho raccontato, a partire dalla sua scoperta negli anni ’30, è già stata ampiamente manipolata sia per scopi civili, come le attuali centrali nucleari con cui si produce parte dell’energia elettrica di cui il mondo ha bisogno, sia purtroppo per scopi militari: le armi di distruzione di massa dal 1945 sono i nostri peggiori incubi. Quando anziché dividere i nuclei si uniscono, fondendosi e producendo energia, si ha una reazione di fissione nucleare. Al momento, però, la fusione è qualcosa che ancora non possiamo controllare. Nel sud della Francia, più precisamente a Cadarache, scienziati, fisici e ingegneri di tutto il mondo stanno collaborando uniti nel progetto Iter, un reattore che dovrà riuscire a sfruttare l’”energia delle stelle”. per capirne meglio di che cosa si tratta, i limiti e i vantaggi di questa nuova forma di produzione di energia abbiamo fatto una chiacchierata con il fisico Marco Ciotti, ricercatore e responsabile della divisione di Fisica della Fusione dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile di Frascati.

Dottor Ciotti, a che punto siamo con la fusione nucleare? 

In laboratorio stiamo cercando di riprodurre l’unione di due nuclei di Deuterio o uno di Deuterio, entrambi isotopi dell’Idrogeno. Con la loro fusione si originano un nucleo di Elio, un neutrone e si ha un eccesso di energia che noi vogliamo riuscire a sfruttare. È il processo che avviene nelle stelle, dove però i nuclei degli atomi al suo interno tendono a fondersi a causa del confinamento gravitazione e alle altissime temperature generando elementi più pesanti. Da molti anni stiamo cercando di capire e padroneggiare questo meccanismo di produzione di energia ma ad oggi è una tecnologia ancora in fase di ricerca e al momento non esistono applicazioni industriali.

La fissione la conosciamo da più di 70 anni e siamo stati in grado di ricrearla in grande e in piccolo e di gestirla. Perché con la fusione è più difficile?

Il punto è che dobbiamo ricreare le stesse condizioni presenti in una stella come il Sole. Quindi la temperatura e la densità devono essere tali da indurre reazioni nucleari con un guadagno in termini energetici. Il confinamento gravitazionale, tuttavia, è qualcosa che è al di fuori delle nostre conoscenze e possibilità: siccome gli atomi hanno una carica elettrica dobbiamo ricorrere al confinamento magnetico, con cui possiamo tenere gli atomi molto vicini fra loro. Aumentando poi la temperatura, gli urti tra particelle diventano maggiori e si fondono. Il problema è riuscire a mantenere queste reazioni per tempi lunghi e in modo stabile, anche perché l’aumento di calore sarà così elevato che tutte le superfici nelle vicinanze potrebbero subire danni. Quindi ci stiamo muovendo su due fronti: capire la fisica di base e i fenomeni che governano queste interazioni tra particelle e, al contempo, sviluppare materiali capaci di contenere queste reazioni.

L’uomo, ad oggi, ha mai innescato una reazione in modo controllato?

Sì. Nelle attuali macchine sperimentali che usiamo avviene già un certo numero di reazioni di fusione ma l’energia che viene liberata è poca rispetto a quella che serve per innescarla. Dobbiamo arrivare ad un equilibrio tale per cui l’energia sia tale da avere un bilancio positivo.

Il progetto internazionale Iter sta lavorando proprio alla costruzione di un grande reattore a fusione nucleare: secondo le previsioni dovremo avere dei primi risultati intorno al 2050. 

Iter è una collaborazione mondiale a cui partecipa anche l’Italia con un ruolo rilevante perché forniamo componenti del reattore tecnologicamente molto evoluti. Iter tuttavia procede con dei ritardi dovuti alla complessità del progetto. La macchina è in fase di costruzione avanzata, nel 2030 darà i primi risultati sperimentali con cui si cercherà di validare le simulazioni fatte e di capire i margini di incertezza e quali punti della fisica sono ancora “oscuri”. In sostanza si andrà a verificare se le previsioni erano corrette e quindi si guadagnerà in conoscenza. Dall’altra parte si studieranno meglio il funzionamento di una macchina dal punto di vista operativo e tecnologico e i comportamenti dei materiali. La macchina migliorerà e arriverà a regimi di potenza più elevata. Con i dati validati partirà la progettazione di una nuova macchina, Demo, con cui, dopo il 2050, dovremmo appunto dimostrare di poter ottenere un’amplificazione dell’energia. Se tutto andrà bene, risultati concreti potrebbero arrivare verso la fine del secolo, sperando che fino ad allora non si siano già innescate forti tensioni internazionali causate dalla scarsità di energia.

Parliamo di sicurezza e incidenti. Nella storia dell’uomo finora, e per fortuna, sono stati registrati solo tre incidenti gravi legati ai reattori a fissione: Three Miles Island, Chernobyl e Fukushima. In ognuno di questi casi la causa scatenante è sempre stata un miscuglio sciagurato di errori umani e difetti tecnici. Quanto è sicuro un reattore a fusione?  

Qualunque impianto ha un rischio. Pericoli come quelli legati alla fissione, però, come la fusione del nocciolo non esistono concettualmente in un reattore a fusione nucleare. Una reazione di fusione tenderebbe a spegnersi da sola ed è proprio qui il problema perché, appunto, bisogna cercare di tenerla accesa. Una volta spenta, non c’è calore residuo, non si produce energia e quindi il reattore tende a raffreddarsi. I rischi, in questo caso, non sono nemmeno potenziali. I reattori a fissione si spengono velocemente e hanno un’affidabilità elevata ma continuano ad emettere calore e a produrre quantità rilevante di energia per giorni. In questo lasso di tempo devono essere raffreddati e in teoria non è un’operazione rischiosa. Fukushima, però, è stata l’eccezione alla regola. Se la reazione si fosse spenta completamente insieme allo spegnimento del reattore, non ci sarebbe stata la sequenza incidentale innescata dal terremoto, dello tsunami e la successiva esplosione dei reattori.

Il cantiere del reattore a fusione nucleare in fase di costruzione in Francia. Fonte: Iter.org

Che vantaggi concreti potrebbe portare?

L’energia è un bene primario che servirà sempre, e soprattutto a basso costo. Tutte le attività umane derivano dall’energia e anche un problema che dovremo affrontare come la scarsità di acqua, con energia abbondante e a basso costo è risolvibile: penso per esempio alla desalinizzazione dell’acqua del mare. Avere energia praticamente illimitata, a basso impatto ambientale e bassa produzione di gas serra è un traguardo fondamentale per l’umanità. La fusione può garantire tutto ciò. Credo che tutte le strade che possono portare ad avere energia fruibile da tutti e a costi contenuti devono essere perseguite. Anche se, come in questo caso, richiederà molto tempo e ci sono ancora delle incertezze.

Energia illimitata? 

Quando si parla di fusione nucleare si tende a parlare di energia illimitata nel senso che è una reazione che non avrà praticamente mai scarsità di combustibile. Questo perché l’idrogeno lo si può estrarre dall’acqua, che sul nostro pianeta è praticamente infinita. Con un combustibile sostanzialmente inesauribile la produzione può procedere in modo illimitato.

Oltre ai rischi e agli incidenti, il nucleare non gode di buona fama anche per via dei rifiuti radioattivi e delle conseguenza disastrose che ha avuto e che può provocare al nostro pianeta. La fusione, invece, potrebbe quindi mettere d’accordo tutti? 

Entrambe le reazioni non emettono gas serra o altri inquinanti tradizionali. La fissione, però, ha come output il combustibile esaurito. Nei reattori vengono utilizzate barre di combustibile a base di Uranio arricchito che, dopo le reazioni, cambia composizione formando elementi che emettono radioattività per tempi lunghi. Quando questi prodotti raggiungono una certa soglia, il combustibile viene sostituito e le barre vengono lasciate in piscine per un certo periodo di tempo: producono calore e devono dunque esser raffreddate. Quando la loro attività si riduce, allora possono essere parzialmente riciclate per formare nuovo combustibile o immagazzinate in luoghi sicuri dove continuano ad emettere radiazioni per lunghissimi periodi. La fusione invece non produce scorie e quindi non ha output che possono avere un impatto ambientale. Quando si conteggia il peso sul territorio e l’ecosistema di un’attività bisogna fare dei calcoli olisitci, prendendo in considerazione ogni singolo aspetto di quell’attività: con la fusione questo impatto sarebbe molto limitato.

Una risorsa praticamente inesauribile e pulita per tutti, quindi. 

Sul lungo periodo sì. Nel senso che uno degli svantaggi, al momento in cui siamo, potrebbe essere la complessità tecnologica che caratterizza la fusione nucleare. Anche se la fonte di combustibile, l’acqua, potrebbe essere accessibile a chiunque, in realtà queste tecnologie oggi sono accessibili a una nicchia del mondo umano. Una tecnologia più semplice è più democratica, ad oggi invece potremmo definire la fusione come “oligarchica”. Ma si tratta di un processo di conoscenza in evoluzione. Fino a pochi anni fa soltanto le nazioni più evolute avevano accesso alle tecnologie nucleari, oggi invece anche paesi che erano considerati non tecnologicamente avanzati si stanno dotando di reattori. Basti pensare alla Cina che da un paese arretrato nel giro di 50 anni è diventato uno dei leader mondiali, ha un piano di sviluppo di rettori a fissione enorme e ha un’importante compartecipazione nella ricerca sulla fusione. Con il tempo ci sarà un accesso alla conoscenza e anche questa fonte di energia diventerà più accessibile a molti paesi.

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Giornalista fin dalla prima volta che ho dovuto rispondere alla domanda “Cosa vuoi fare da grande”. Sulla carta, sono pubblicista dal altro…