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L'energia da fusione nucleare nel 21 ° secolo

L'energia da fusione nucleare nel 21 ° secolo

Uno dei modi in cui possiamo generare un'enorme quantità di energia è attraverso le reazioni nucleari. Le centrali nucleari utilizzano una reazione nucleare per riscaldare l'acqua in vapore, che a sua volta fa girare turbine che generano elettricità.

Gli Stati Uniti generano più energia nucleare di qualsiasi altro paese al mondo e quasi il 20% del fabbisogno energetico totale degli Stati Uniti è soddisfatto attraverso l'energia nucleare.

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Esistono due tipi di reazioni nucleari mediante le quali possiamo generare energia: la fissione nucleare e la fusione nucleare.

Molti credono che sia la fissione nucleare che la fusione nucleare siano utilizzate nelle centrali nucleari per generare energia. Tuttavia, utilizziamo solo la fissione nucleare, anche quando sappiamo che la fusione nucleare è un'alternativa molto migliore in termini di disponibilità di combustibile e produzione di energia.

Allora, perché dipendiamo dall'opzione più pericolosa della fissione nucleare? Discutiamone.

Prima di entrare nello specifico della fissione e della fusione, è necessario comprendere la differenza tra i due.

Fissione nucleare: Il processo di generazione di calore scindendo atomi pesanti. La scissione degli atomi si ottiene colpendo l'atomo pesante con particelle ad alta velocità, solitamente neutroni.

Fusione nucleare: Il processo di generazione di calore unendo due atomi leggeri per formare un atomo più pesante.

I generatori nucleari che abbiamo oggi usano la fissione nucleare per generare calore. Un reattore nucleare a fissione utilizza pellet di ossido di uranio ceramico per i suoi nuclei.

Gli atomi di uranio vengono quindi separati bombardandoli con neutroni. La divisione si traduce in un'enorme quantità di calore, rilasciando più neutroni nel processo.

Questi nuovi neutroni colpiscono poi altri atomi di uranio, che continuano a generare più calore e neutroni. Questa è chiamata reazione a catena e controlliamo la velocità di reazione usando moderatori come la grafite o l'acqua.

Viene fatto circolare un refrigerante per assorbire il calore e impedire che il reattore si surriscaldi. Questo è il calore che trasforma il liquido di raffreddamento (acqua) in vapore e quindi in energia utile.

La resa termica è molto grande per i pellet di uranio che usiamo nei reattori nucleari, il che rende il reattore economico in un certo senso. Solo 20 grammi di combustibile a base di uranio possono produrre tanta energia quanto 400 chilogrammi di carbone.

Solo otto pellet di uranio possono alimentare una casa per un anno.

Quando confrontiamo l'energia nucleare con altre forme di combustibili fossili per quanto riguarda la produzione di calore, l'energia nucleare risulta essere molto più pulita poiché non viene prodotta CO2.

Anche se usiamo la fissione nucleare per il nostro potere, in realtà è più inquinante e pericoloso lavorarci rispetto alla fusione nucleare. Il nostro sole brucia luminoso e caldo dall'energia prodotta dalla fusione nucleare.

In teoria, la fusione nucleare può essere guidata dall'unificazione di due atomi di luce e abbiamo i candidati perfetti per il processo come il trizio e il deuterio. Il vantaggio dell'utilizzo della fusione nucleare è che, a differenza dell'uranio, abbiamo un'abbondanza di trizio e deuterio in quanto sono gli isotopi dell'idrogeno.

Le scorie nucleari risultanti sono meno radioattive di quanto otteniamo dalla fissione nucleare. Inoltre, non c'è alcuna possibilità che si verifichi una fusione, il che rende la fusione nucleare molto più sicura con cui lavorare rispetto alla fissione.

Con la fusione nucleare che mostra un grande potenziale della fissione, perché non la usiamo? La risposta è che le condizioni per facilitare la fusione nucleare sono difficili da ricreare.

Abbiamo discusso del fatto che il sole funziona sulla fusione nucleare, e questo perché la temperatura e la pressione al centro del sole sono di gran lunga superiori a quelle che possiamo ricreare nei reattori nucleari. Se dovessimo replicare tali impostazioni, dobbiamo portare la temperatura del reattore fino a 6 volte la temperatura al centro del sole, che equivale a circa 100 milioni di gradi Celsius.

Il sole può facilitare la fusione con soli 15 milioni di gradi Celsius a causa della sua alta pressione sostenuta nel suo nucleo.

L'immenso fabbisogno energetico è dovuto al fatto che la fusione nucleare riunisce due atomi positivi per fondersi. Poiché cariche simili si respingono, dobbiamo fornire agli atomi un'enorme quantità di energia.

Tuttavia, gli scienziati hanno cercato di decifrare il codice su come facilitare la reazione di fusione sulla terra.

Il tentativo di creare un tale ambiente è stato reso possibile per la prima volta attraverso un apparato chiamato Tokamak. Questa è una camera a forma di ciambella che utilizza l'elettricità per caricare il gas all'interno del tubo.

Quando il gas riceve grandi quantità di carica, cambia lo stato in Plasma.

Poiché la camera è in uno stato di vuoto prima che il gas venga pompato, gli scienziati sono in grado di imitare l'alta pressione e aumentare ulteriormente la temperatura per sostenere una reazione di fusione. Tuttavia, per mantenere la reazione, abbiamo bisogno di una tonnellata di elettricità e di una camera che possa contenere il plasma per un po 'di tempo senza sciogliere tutte le parti.

Il massimo che abbiamo ottenuto con il contenimento di plasma ad alta temperatura è di 102 secondi, reso possibile dal reattore EAST situato in Cina.

Gli scienziati spesso scherzano dicendo che l'energia di fusione è stata di 20 anni di distanza negli ultimi sei decenni.

Ora, questo non significa che stiamo rinunciando al sogno di un'energia molto più pulita e sicura. Invece, 35 nazioni si sono unite, mettendo insieme risorse di $ 25 miliardi per creare il più grande progetto di ricerca mai nella storia chiamato ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

L'obiettivo del progetto è creare energia da fusione sostenibile entro il 2035. ITER è fondamentalmente una versione potente del reattore Tokamak che può sostenere il plasma per più di un'ora, sufficiente per alimentare 50.000 famiglie.

ITER è attualmente in costruzione a Saint-Paul-lez-Durance, nel sud della Francia.

L'anno scorso, un gruppo di ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory è riuscito a stabilizzare il plasma nei reattori a fusione, al fine di prevenire le fluttuazioni di temperatura e densità. Questa svolta aiuterà a prevenire l'arresto delle reazioni nucleari.

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Stiamo anche assistendo all'ascesa di molte startup che vogliono rendere operativa l'energia da fusione prima del 2035. Uno di questi esempi è Commonwealth Fusion Systems, una società che prevede di avere un reattore a fusione funzionante entro il 2025.

Si può affermare con certezza che si stanno compiendo progressi per quanto riguarda le tecnologie di fusione. Non è certamente a portata di mano, ma sicuramente varrà la pena aspettare.


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