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Finora, dall'uomo, gli unici processi di fusione con bilancio energetico positivo sono stati ottenuti nei test nucleari, mediante l'esplosione di bombe a idrogeno (il primo test fu effettuato nel 1951 nell'Oceano Pacifico). Più problematico è ricavare energia attraverso una fusione controllata.
Oltre alla difficoltà di raggiungere le alte temperature richieste, il principale ostacolo tecnico alla realizzazione di un reattore a fusione è quello di confinare il plasma, cioè creare una densità di nuclei tale da rendere le fusioni sufficientemente frequenti e quindi energeticamente vantaggiose. Alle temperature di fusione non esiste una "pentola" che possa "cucinare" il plasma: i nuclei cederebbero per urto gran parte della loro energia alle pareti di qualsiasi contenitore materiale, distruggendole. Con l'intento di "accendere il Sole" sulla Terra sono stati studiati vari metodi di confinamento. Nel confinamento magnetico il plasma è riscaldato con intensi campi elettromagnetici a radiofrequenze ed è intrappolato in un volume toroidale entro le linee di campo di un campo magnetico. Il tipo di reattore capace di contenere, isolata dalle sue pareti, la ciambella di plasma è chiamato tokamak, dal nome del primo impianto per la ricerca sulla fusione controllata costruito a Mosca negli anni Cinquanta.

Un diverso metodo per contenere e riscaldare il combustibile nucleare è il cosiddetto confinamento inerziale, che consiste nel concentrare su una piccola sfera di deuterio e trizio fasci laser provenienti da più direzioni. L'intenso irraggiamento provoca la vaporizzazione dello strato più esterno della sfera, la cui rapida espansione esercita una spinta sul resto del materiale, provocandone l'implosione.
Anche se al momento l'unica possibilità di sfruttare, non a fini bellici, l'energia immagazzinata dai nuclei atomici è offerta dalle reazioni di fissione, la fusione nucleare potrebbe rappresentare, in futuro, uno sbocco alla ricerca di una via sostenibile per soddisfare la sempre crescente domanda di energia. I vantaggi della fusione rispetto alla fissione sono rilevanti: l'incomparabilmente maggiore abbondanza del combustibile (il deuterio ricavabile dall'acqua degli oceani) e il suo basso costo di estrazione, nonché il ridimensionamento del problema delle scorie radioattive, la cui produzione, a parità di potenza generata, sarebbe ridotta da dieci a cento volte.

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