FUSIONE NUCLEARE FREDDA - 1
Introduzione
La fusione nucleare è la reazione per cui due nuclei leggeri, spesso idrogeno o suoi isotopi, entrano in collisione fondendosi in un unico nucleo più pesante.
Tale reazione avviene con grande sviluppo di energia. È quello che accade sul Sole, quando due nuclei di Idrogeno si avvicinano tra loro; grazie ad una serie di reazioni nucleari, si ha la formazione di un nucleo di Elio-4 e la contemporanea liberazione di una grande quantità di energia. Nel Sole è la fortissima attrazione gravitazionale a comprimere i nuclei ad alta densità. Inoltre, a causa delle temperature estremamente elevate (circa 10 milioni di °C), i nuclei, acquisiscono una energia sufficiente per poter vincere la cosiddetta "Barriera Coulombiana", ossia la reciproca repulsione elettrostatica e si avvicinano abbastanza da subire la fusione.
Condizioni di questo tipo non sono facilmente riproducibili sulla Terra,
anche se per produrre energia non ci occorre emulare, in tutto e per tutto,
le reazioni che avvengono nel Sole: a noi "bastano" quelle reazioni
che utilizzano una miscela di Deuterio (D o Idrogeno-2) e Trizio (T o Idrogeno-3).
Ma l'energia necessaria ad avvicinare due nuclei di queste sostanze equivale,
se tradotta in termini di temperatura, a molti milioni di gradi centigradi.
Per questo motivo, tale tipo di fusione nucleare è detta "Termonucleare"
o "Calda", in contrapposizione a quella non termonucleare o "Fredda",
[in inglese "Cold Fusion" (CF), "Low Energy Nuclear Reactions"(LENR)
o Chemically Assisted Nuclear Reactions" (CANR)] così detta perché
condotta a temperatura ambiente e a pressione atmosferica.
Anche in questo tipo di fusione è necessario avvicinare i nuclei di
Deuterio e Trizio a distanze tali da poter permettere le reazioni di fusione,
che però vengono accelerate dai cosiddetti catalizzatori: molto usati
nell'industria chimica, essi producono un'accelerazione della reazione, senza
peraltro alterare le condizioni del suo equilibrio termodinamico.
Come funziona
Così come per la fusione termonucleare,
anche per la fusione fredda è necessario avvicinare i nuclei di Deuterio
e Trizio a distanze tali da poter permettere le reazioni di fusione; nella
fusione fredda, però, tali reazioni vengono accelerate dai cosiddetti
catalizzatori ed avvengono a temperature e a pressioni relativamente basse.
A seconda del tipo di catalizzatore utilizzato, si parla di fusione fredda
prodotta tramite "confinamento muonico" o tramite "confinamento
chimico".
Confinamento muonico
Il muone è una particella che ha una massa circa 200 volte quella dell'elettrone ed ha una vita media di 2,2 milionesimi di secondo. Dato che, nel disintegrarsi, il 99,5% della massa del muone si trasforma in energia, si è pensato di utilizzarlo come catalizzatore nelle reazioni nucleari. In effetti, il muone riesce a far avvicinare i nuclei di Deuterio e Trizio a temperatura ambiente e pressione atmosferica, tuttavia la possibilità che tale processo possa avere delle applicazioni nell'ambito della produzione energetica su scala industriale è legata al fatto che tale particella, prima di "morire", possa catalizzare almeno un migliaio di reazioni. Questo perché altrimenti non sarebbe sufficientemente produttivo il bilancio energetico (cioè l'energia fornita al sistema sarebbe superiore a quella prodotta dallo stesso).
Tornando indietro, la prima verifica sperimentale di questo fenomeno fu fatta nel 1957 da L. Alvarez a Berkeley, ma più approfonditi calcoli dimostrarono che la quantità di energia prodotta era molto ridotta, dato che il muone riusciva a catalizzare una sola reazione prima di disintegrarsi. Ad oggi, le ricerche, più che altro sistematiche, su miscele di Deuterio-Trizio nell'intervallo di temperature che va da -260°C a 530°C, ha portato al risultato di non più di duecento fusioni per ogni muone. Un valore ancora troppo basso visto che duecentocinquanta reazioni per muone rappresentano il limite minimo per compensare l'energia fornita al reattore muonico dall'esterno con quella liberata dalla reazione stessa.
Anche se in un futuro prossimo non fosse ancora possibile raggiungere le mille reazioni per muone, sarebbe comunque realizzabile un ibrido di reattori in cui la fusione catalizzata da muoni sia seguita da reazioni di fissione nucleare. In tal caso, la prima fornirebbe i neutroni necessari per la seconda.
Confinamento chimico
Questo tipo di confinamento, che è quello utilizzato nella cella elettrolitica, consiste nell'utilizzare la proprietà del Palladio (o di altri catalizzatori) di impregnarsi di Idrogeno e dei suoi isotopi. Immergendo in una soluzione liquida a base di Deuterio due elettrodi (uno di Palladio e l'altro di Platino) e fornendo energia elettrica, si ha il passaggio di una corrente attraverso la soluzione elettrolitica che dà origine a Elio, Trizio, neutroni, raggi Gamma e raggi X. Si registra, inoltre, una quantità di calore prodotto maggiore dell'energia fornita attaverso la batteria che alimenta la cella. Ciò sarebbe dovuto alla fusione dei nuclei degli atomi di Deuterio, grazie alle proprietà catalizzatrici del Palladio.
