durante il prossimo anno scolastico tratteremo il tema dell'Energia, compresa l'energia prodotta dalla fusione nucleare. Un argomento tosto, ma irrinunciabile per avere un quadro di "cosa" è, da dove proviene e da cosa è generata l'energia vitale dell'Universo!
Un argomento affascinante che approfondirete e perfezionerete nel corso dei vostri studi superiori...e chissà magari qualcuno di voi vorrà continuare a studiare anche all'Università!
Per adesso, accontentiamoci di esplorare alcune utili risorse che ho reperito in rete per voi e chi ci saranno utili nel corso del nostro studio, a tempo debito. Ma prima cercherò di illustrare sinteticamente e in termini semplici che cos'è una reazione di fusione nucleare.
Ricordate l'atomo di Idrogeno (H), due dei suoi isotopi il Deuterio (2H, indicato spesso con D) e il Trizio ((simbolo 3H o T), e la tavola periodica degli elementi, che abbiamo già studiato, vero?
L'atomo di Idrogeno è il più leggero, essendo composto da un solo protone e da un solo elettrone, il Deuterio e il Trizio, aventi lo stesso numero atomico Z=1 (e quindi un solo protone e un solo elettrone), hanno però rispettivamente numero di massa A= 2 e A=3, il che significa che contengono un neutrone e due neutroni oltre ad un protone nei loro nuclei, come potete osservare dalle seguenti immagini, tratte dalla rete.
Nell'immagine il Prozio (1H) è l'isotopo più comune dell'Idrogeno; contiene un solo protone nel nucleo e, insieme al Deuterio, è stabile. Le immagini si riferiscono, naturalmente, soltanto ai nuclei atomici dei tre isotopi citati.
Veniamo alla fusione nucleare. Che cos'è?
E' la reazione nucleare che avviene nelle stelle e nel nostro sole. Essa produce una enorme quantità di energia. Vediamo come!
Nella reazione di fusione, nuclei di elementi leggeri, quali l'idrogeno, fondono originando nuclei di elementi più pesanti come l'elio, a temperature e pressioni molto elevate.
Ricordate che abbiamo parlato del plasma, il quarto stato in cui si trova la materia? Tale stato è quello di un gas quando, a temperatura superiore a qualche eV (elettronvolt), le sue particelle si trasformano in una miscela di particelle cariche, ioni ed elettroni (sapete già che cosa sono!)
Il plasma costituisce il 99% della materia di cui è composto l'Universo ed è quindi il principale costituente delle stelle e del sole. All'interno di questo la temperatura è di circa 14 milioni di gradi e innesca la reazione di fusione di nuclei di idrogeno (reazione protone-protone), responsabile di gran parte dell'energia che giunge fino a noi sotto forma di calore e di luce (e di neutrini solari, che studierete più avanti nel vostro percorso scolastico).
La reazione più probabile è quella che avviene tra un nucleo di deuterio e un nucleo di trizio: reazione in cui si genera un nucleo di elio (particella alfa) e un neutrone.
In questa reazione, la massa complessiva dei prodotti è inferiore a quella delle particelle interagenti e si verifica liberazione di energia secondo il principio di equivalenza massa-energia.
Nelle stelle più calde del sole o di massa più grande prevalgono altre reazioni.
Approfondiremo il discorso in seguito, così come approfondiremo la questione delle forze nucleari che sono predominanti sulle forze di repulsione elettrostatica dovute alla carica elettrica positiva dei nuclei atomici; forze che crescono all' avvicinarsi dei nuclei in proporzione inversa al quadrato della distanza!
Affinché avvenga la reazione di fusione, il plasma di idrogeno deve esser confinato in uno spazio limitato: nel sole questo si verifica ad opera delle enormi forze gravitazionali in gioco. Inoltre, il processo di fusione, nel sole, avviene con estrema lentezza, ragione per cui esso brilla da miliardi di anni.
Per il momento, ragazzi, noi ci fermiamo qui!
Per i colleghi interessati alla tematica, consiglio di visitare il sito Enea -Fusione, il quale ha messo a disposizione una sezione didattica, che offre una breve ma semplice introduzione alla Fusione Nucleare, organizzata in paragrafi. Si suggerisce di consultarli in sequenza:
1. La Fusione Termonucleare
2. Le reazioni termonucleari delle stelle
3. Reazioni Nucleari esoenergetiche
4. Condizioni per la fusione termonucleare controllata
5. Fusione a Confinamento Magnetico
6. Fusione a Confinamento Inerziale
7. Combustibili e risorse
8. Condizioni per la realizzazione del reattore a Fusione
Da vedere i seguenti brevissimi filmati:
a. Fissione e Fusione nucleari a confronto
(correda il precedente paragrafo 3)
b. Confinamento Magnetico e Inerziale
(correda i precedenti paragrafi 5 e 6)
c. Reazioni di Fusione
(correda il precedente paragrafo 7)
d. Principio del Reattore a Fusione
(correda il precedente paragrafo 8)
Da non perdere la presentazione animata e parlata: “Accendiamo l'energia delle stelle” a cura di Emilia Barbato.
Per approfondire ulteriormente, si suggerisce una visita ai siti di:
"General Atomics Fusion Education",
"Fusion Energy Education"
progetto "ITER".
RispondiEliminaGrazie dell'augurio "vacanziero". Sono contenta che tu abbia trovato utile l'articolo.
Un salutone.