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Che cos'è? -

La fusione nucleare è il tentativo dell'umanità di copiare l'energia più potente del nostro universo: il Sole. Il Sole è una fabbrica di fusione naturale, costituita da una gigantesca palla di plasma ardente che fonde diverse centinaia di tonnellate di idrogeno in elio ogni secondo, fornendo una fonte costante di calore ed energia. Il processo di fusione nucleare artificiale cerca di replicare la stessa energia che alimenta il Sole.

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A un livello più piccolo -

La fusione nucleare si verifica quando due o più atomi vengono fusi in uno più grande. Questo processo genera un'enorme quantità di energia sotto forma di calore perché le due particelle che vengono forzate insieme si respingono a vicenda per natura.

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Pulita -

La fusione nucleare promette una forma di energia praticamente illimitata che, a differenza dei combustibili fossili, non emette gas serra. Inoltre, a differenza dell'energia da fissione nucleare utilizzata oggi, non produce scorie radioattive di lunga durata. Immagina un mondo alimentato da energia pulita e priva di emissioni di carbonio.

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Diversa dalla fissione nucleare -

Mentre la fusione fonde insieme due o più atomi, la fissione fa il contrario. La fissione nucleare divide un atomo più grande in due o più atomi più piccoli, il cui calore viene utilizzato anche per generare energia.

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Scorie nucleari da fissione -

Secondo il Dipartimento dell'Energia, l'energia nucleare è una fonte di energia a emissioni zero, ma con la fissione produce scorie radioattive che devono essere immagazzinate in modo sicuro e comportano rischi per la sicurezza, ad es. crolli nucleari come nei reattori di Fukushima e Chernobyl.

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Rischio molto più basso con la fusione -

La fusione nucleare, d'altra parte, non comporta gli stessi rischi per la sicurezza della fissione e i materiali utilizzati per alimentarla hanno un'emivita molto più breve, riferisce la CNN.

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Come potrebbe essere illimitata? -

Gli elementi di partenza per la fusione nucleare sono principalmente il deuterio e il trizio, due isotopi dell'idrogeno. Il deuterio è abbondante sia nell'acqua dolce che salata, e il deuterio da soli 500 ml di acqua, con un po' di trizio, potrebbe alimentare una casa per un anno, riferisce la CNN. Il trizio, invece, è più raro e più difficile da ottenere, sebbene possa essere prodotto sinteticamente.

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La chiave è nell'idrogeno -

"A differenza del carbone, c'è solo bisogno di una piccola quantità di idrogeno, ed è la cosa più abbondante che si trova nell'universo", ha detto alla CNN Julio Friedmann, capo scienziato di Carbon Direct ed ex capo tecnologo energetico di Lawrence Livermore. "L'idrogeno si trova nell'acqua, quindi la materia che genera questa energia è illimitata ed è pulita."

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Come potrebbe arrivare nelle nostre case? -

Il calore prodotto dalla fusione di due atomi può successivamente essere utilizzato per riscaldare l'acqua, creare vapore e far girare le turbine per generare energia.

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Cosa significa tutto questo? -

Il perfezionamento della fusione nucleare potrebbe salvare l'umanità dalla crisi del cambiamento climatico, cosa che abbiamo fatto a noi stessi con il nostro uso eccessivo di combustibili fossili. Si spera che ripulire le nostre fonti di energia possa alleviare le inondazioni fatali, le siccità che provocano carestie, gli incendi violenti, le ondate di calore mortali e gli effetti più disastrosi del cambiamento climatico, che mettono sempre più a rischio la vita del genere umano.

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Potenziale incredibile -

Se padroneggiamo la fusione nucleare, non c'è motivo per cui non possa alimentare gran parte del mondo. Secondo quanto riferito, un singolo grammo di combustibile come input può creare l'equivalente di otto tonnellate di petrolio in potenza di fusione: questo è un rendimento con una proporzione di otto milioni a uno!

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La sfida che ci aspetta -

La più grande sfida per sfruttare l'energia da fusione è sostenerla abbastanza a lungo da poter alimentare reti elettriche e sistemi di riscaldamento attraverso centrali elettriche. La svolta statunitense è importante, ma l'energia generata è ancora di dimensioni troppo ridotte rispetto a quella necessaria per far funzionare anche una singola centrale elettrica.

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Deve avvenire su una scala più grande -

"Come per esempio la quantità di energia che serve per far bollire 10 bollitori d'acqua", ha detto alla CNN Jeremy Chittenden, co-direttore del Centro per gli studi sulla fusione inerziale dell'Imperial College di Londra, del guadagno netto di energia nell'esperimento rivoluzionario. "Per trasformarlo in una centrale elettrica, dobbiamo ottenere un maggiore guadagno di energia, abbiamo bisogno che sia sostanzialmente di più".

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La fusione sta avvenendo in tutto il mondo -

Diversi progetti di fusione sono in lavorazione negli Stati Uniti, nel Regno Unito e in Europa. La Francia ospita il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), che conta 35 paesi che collaborano al progetto energetico più ambizioso mai realizzato. I principali membri di ITER sono Cina, Stati Uniti, Unione Europea, Russia, India, Giappone e Corea del Sud.

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Tokamak nel Regno Unito e in Francia -

Nel Regno Unito e nel progetto ITER in Francia, gli scienziati della fusione nucleare stanno lavorando con i tokamak, che sono enormi macchine a forma di ciambella dotate di magneti giganti. Dopo che una piccola quantità di carburante è stata immessa nel tokamak, i suoi magneti vengono accesi e la temperatura all'interno aumenta incredibilmente per creare il plasma, spesso chiamato il quarto stato della materia. Il plasma è una materia così calda che gli elettroni vengono strappati via dagli atomi e formano un gas ionizzato, come una zuppa caricata elettricamente, secondo il Plasma Science and Fusion Center.

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Cosa succede nel tokamak -

Aumentando la temperatura all'interno del tokamak a livelli insondabilmente alti, (il plasma deve raggiungere almeno 150 milioni di gradi Celsius), le particelle del carburante sono costrette a fondersi. A una temperatura così elevata, i neutroni sfuggono al plasma caricato positivamente e colpiscono una "coperta" che riveste le pareti del tokamak, trasferendo la loro energia cinetica sotto forma di calore.

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Un sacco di calore da sostenere -

È difficile capire quanto calore deve contenere il tokamak, ma per riferimento: 150 milioni di gradi Celsius sono circa 10 volte più caldi del nucleo del Sole. Quindi come può esistere sulla Terra? Gli scienziati e gli ingegneri dell'energia da fusione hanno già superato in modo impressionante questo ostacolo progettando magneti giganti che creano un forte campo magnetico che mantiene il calore imbottigliato. Qualsiasi altro materiale si scioglierebbe facilmente.

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Svolta precedente -

Nel febbraio 2022, gli scienziati britannici hanno annunciato di aver generato e sostenuto un record di 59 megajoule di energia di fusione per cinque secondi in un tokamak, il più alto impulso di energia mai sostenuto. Anche se l'energia era sufficiente solo per alimentare una casa per un giorno, e più energia è entrata nel processo di quanta ne è uscita, è stato un passo storico perché ha dimostrato che era davvero possibile sostenere la fusione nucleare sul nostro pianeta.

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Un tokamak più grande in lavorazione -

Nel maggio 2022, la CNN ha riferito che il nuovo tokamak di ITER peserà 23.000 tonnellate, l'equivalente di tre torri Eiffel. Consisterà in un milione di componenti che si differenziano ulteriormente in 10 milioni di parti più piccole e includerà alcuni dei magneti più grandi mai creati, alcuni con diametri fino a 24 metri.

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ITER è legato alla storia russa -

La ricerca dell'energia da fusione iniziò negli anni '30 con varie macchine testate nel corso dei decenni, ma fu il tokamak, creato in Unione Sovietica, che per primo riuscì a raggiungere le alte temperature e il metodo di contenimento richiesti per il plasma nel 1968. Il tokamak divenne rapidamente la macchina da replicare, e persino il suo nome deriva dalla lingua russa.

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La bomba all'idrogeno è stata la prima fusione nucleare -

La prima dimostrazione della fusione nucleare, la bomba all'idrogeno, è stata condotta dai militari. Gli isotopi della reazione di fusione dell'idrogeno sono stati posti attorno a una normale bomba a fissione la cui esplosione ha rilasciato l'energia necessaria per il processo di fusione. Poiché la bomba era circa 1.000 volte più potente di una normale bomba atomica, rese il pubblico meno entusiasta della ricerca sulla fusione nucleare.

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Difficoltà politiche, ideologiche ed economiche -

La gestione delle relazioni politiche, ideologiche ed economiche dei paesi membri è stata una delle maggiori sfide di ITER, in particolare intorno alla Russia, caso che è solo peggiorato con l'invasione dell'Ucraina. La Russia fornisce a ITER molti finanziamenti e persino uno dei grandi magneti per il nuovo tokamak. Il capo delle comunicazioni di ITER, Laban Coblentz, ha spiegato: "ITER è davvero un figlio della Guerra Fredda. È una deliberata collaborazione di paesi ideologicamente non allineati che condividono semplicemente un obiettivo comune per un futuro migliore".

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I laser al National Ignition Facility -

Negli Stati Uniti, gran parte del lavoro sulla fusione nucleare si sta svolgendo presso il National Ignition Facility, dove viene utilizzato un processo chiamato "fusione inerziale termonucleare". In sostanza, come riporta la CNN, gli scienziati sparano pellet contenenti idrogeno combustibile in una serie di 192 laser, che crea una serie di esplosioni rapide e ripetute al ritmo di 50 volte al secondo.

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I vantaggi e gli svantaggi dei laser -

Utilizzando i laser, gli scienziati possono eliminare la miscela di isotopi di idrogeno, fornendo l'energia necessaria per la fusione aggirando il problema del contenimento. Detto questo, questo processo presenta un altro problema quando si tratta di proteggere i laser stessi dalla reazione di fusione.

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Perché la recente svolta è importante -

Sebbene ci sia ancora molta strada da fare prima che la fusione nucleare sia commercialmente disponibile, questa è stata la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che possono creare più energia di quella con cui hanno iniziato, una caratteristica essenziale per una potenziale fonte di energia commerciale.

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Cosa ci aspetta? -

Gli esperti devono ora capire non solo come produrre l'energia su scala più ampia, ma anche come ridurre il costo della fusione nucleare in modo che abbia senso usarla commercialmente. Ogni esperimento costa un'enorme quantità di tempo e denaro, e anche un solo giorno di ritardo a ITER, ad esempio, secondo quanto riferito costa oltre 1 milione di dollari.

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Trovare i finanziamenti -

Secondo quanto riferito, l'Unione europea copre il 45% dei costi di costruzione di ITER e si stima che gli altri paesi membri contribuiscano ciascuno per poco più del 9%. La costruzione era inizialmente stimata in 6,4 miliardi di dollari, ma da allora è più che triplicata.

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Ci vorranno anni -

Potrebbero volerci ancora decenni prima che gli scienziati imparino a rilasciare energia da una reazione di fusione abbastanza lentamente da poter essere trasferita alla rete elettrica sotto forma di elettricità. Alcuni di noi potrebbero non vivere abbastanza per vedere la capacità della fusione di produrre quantità illimitate di energia pulita.

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Ma cambierà tutto -

Il consumo globale di energia, di cui l'80% riferito deriva da combustibili fossili, è più che raddoppiato dal 1973 e, con la popolazione mondiale che ha superato gli otto miliardi nel 2022, potrebbe effettivamente triplicare entro la fine del secolo. La fusione nucleare può essere la grazia salvifica che ci libererà dalle catene dei combustibili fossili come carbone, petrolio e gas, che ci hanno trascinato nella più profonda crisi esistenziale dell'umanità.

Fonti: (Dummies) (CNN) (MIT Plasma Science and Fusion Center)

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