FUSIONE

La fusione nucleare è un altro dei processi di trasformazione dei nuclei. E', tra l'altro, il processo che tiene in vita le stelle e quindi, indirettamente, tutti gli esseri viventi che benificiano dell'energia irradiata dal Sole.

Due nuclei atomici si fondono se urtano uno contro l'altro avendo velocità sufficiente a vincere la repulsione elettrostatica che si esercita tra i protoni di cui sono composti. Per questo motivo è più probabile che la fusione avvenga tra nuclei leggeri, i cui pochi protoni si respingono con un'intensità relativamente bassa. Il risultato del processo è un nuovo nucleo, in genere più leggero della somma dei due nuclei di partenza. La massa mancante, anche in questo caso, si trasforma in energia ed è rilasciata sotto forma di raggi gamma e neutrini.

Spesso si parla di fusione termonucleare in quanto per innescare reazioni di questo tipo occorrono temperature elevatissime, spesso esistenti solo all'interno delle stelle. Uno dei meccanismi di fusione è basato sul ciclo del carbonio: un nucleo di carbonio-12 (6 protoni e 6 neutroni) cattura quattro protoni; due di loro si trasformano in neutroni attraverso un decadimento beta e si uniscono agli altri due formando una particella alfa che viene poi espulsa.

Il nucleo di carbonio resta dunque immutato e funge solo da ospite della reazione di fusione che genera una particella alfa a partire da quattro protoni. Un altro tipo di reazione è quella basata sul ciclo idrogeno-idrogeno; in tal caso i quattro protoni (nuclei d'idrogeno) si fondono tra loro per formare un nucleo di elio (particella alfa) senza l'intervento di nuclei più pesanti.

Ogni reazione di fusione di questo tipo rilascia una quantità d'energia compresa tra i 3 e i 18 milioni d'elettronvolt (MeV), un'energia inferiore a quella caratteristica della fissione ad uranio. Si deve considerare però che il combustibile usato (l'idrogeno) è uno degli elementi più abbondanti in natura. Inoltre, aspetto non secondario ai fini dello sfruttamento per la produzione d'energia da parte dell'uomo, la fusione nucleare, al contrario della fissione, non dà luogo a scorie radioattive.

Per questi motivi la fusione nucleare è vista come la possibile e definitiva soluzione al problema dell'approvvigionamento energetico. Tuttavia le condizioni per ottenere la fusione sono assai più complesse da raggiungere rispetto a quelle caratteristiche della fissione.

Mentre i nuclei che si vogliono scindere per fissione possono essere lasciati fermi, in quanto fungono da bersagli per i neutroni, i nuclei candidati alla fusione devono muoversi con velocità tali da vincere le reciproche repulsioni elettrostatiche. Imprimere velocità elevate ai nuclei significa portare la materia in cui sono contenuti a temperature elevatissime, dell'ordine dei 46 milioni di gradi kelvin. Se poi si vuole che la fusione sia energeticamente conveniente, cioè che fornisca più energia di quanta ne occorre per sostenerla, la temperatura necessaria sale ad alcune centinaia di milioni di kelvin.

Oltre a raggiungere queste temperature, e a mantenerle per periodi di tempo adeguati, c'è anche il problema relativo al confinamento dei nuclei in regioni limitate di spazio. La loro vicinanza rappresenta una condizione che facilita l'innesco del processo di fusione. Le difficoltà tecniche connesse a queste esigenze non sono state ancora superate e dunque non si è ancora riusciti a ottenere la fusione di una gran quantità di nuclei in laboratorio. Si è invece riusciti a realizzare una bomba termonucleare in cui le condizioni necessarie alla fusione, altissima temperatura e confinamento in una zona di spazio molto ristretta, sono create grazie all'esplosione di una bomba a fissione che comprime enormemente i nuclei d'idrogeno.

ARGOMENTI TRATTATI DALLA PROF. PAOLA BOSCO, CURATI DALLO STUDENTE FONTANARI GIULIANO DELLA CLASSE 2A SERALE

Bibliografia:

Il Mondo delle Scienze UTET

Corso di Chimica Moderna - R.C. SMOOT – J.S. PRICE – R.G. SMITH – D. CACCIATORE Ed. Le Monnier.