Roberta De Carolis Per le prossime missioni spaziali la Nasa produrrà l’energia dalla fusione nucleare a confinamento reticolare
©Ezume Images/Shutterstock
Per le prossime missioni spaziali la Nasa produrrà l’energia dalla fusione nucleare a confinamento reticolare. Gli scienziati hanno pubblicato l’importante scoperta scientifica lo scorso aprile e poi annunciato come questa potrebbe essere la chiave per l’esplorazione dello spazio profondo.
Serve energia per lo spazio, molta e al più basso costo possibile, e questo è sempre più vero quanto più ambiziose sono le missioni. È importante poi, naturalmente, che il metodo per produrla sia sicuro e poco inquinante.
La fusione nucleare, che avviene quando due nuclei atomici si uniscono per formarne un altro, è un ottimo candidato perché libera enormi quantità di energia, non innesca reazioni a catena né genera scorie radioattive persistenti nell’ambiente.
Molta ricerca, da anni, ha focalizzato l’attenzione su questo processo che però, finora, ha sempre richiesto un grande quantitativo di energia per essere innescato, rendendo il guadagno in uscita risibile se non nullo.
Ora la Nasa conferma una possibilità a basso costo, ovvero “costringere” i nuclei a fondersi sfruttando il cosiddetto “confinamento reticolare”. In particolare si usa come carburante il deuterio, un tipo di idrogeno non radioattivo (tecnicamente ‘isotopo’) ampiamente disponibile, composto da un protone, un neutrone e un elettrone, confinato nello spazio tra gli atomi di un solido metallico, tipicamente strutturato a livello molecolare in forme geometriche precise (reticolo).
Questa appare una soluzione decisamente migliore delle precedenti sperimentate, tra cui il confinamento inerziale, con il quale il carburante viene compresso a livelli estremamente elevati ma solo per un breve periodo di tempo di nanosecondi, quando può verificarsi la fusione, e il confinamento magnetico, dove il combustibile viene riscaldato in un plasma a temperature molto più elevate di quelle al centro del Sole.
Il confinamento reticolare ha l’enorme vantaggio di consentire la fusione partendo da temperatura ambiente: mentre il reticolo (per esempio dell’elemento chimico erbio) viene caricato con il deuterio, si crea una condizione tale per cui i singoli atomi raggiungono energie sufficienti a innescare la fusione senza dover innalzare la temperatura all’inizio, che comporterebbe un dispendio iniziale e quindi ridurrebbe il guadagno.
Il meccanismo è illustrato nell’immagine e implica alcuni passaggi di base:
©Nasa Glenn Research Center
- Il reticolo metallico viene caricato di deuterio
- Un fascio di raggi x altamente energetici induce la dissociazione di alcuni atomi di deuterio, generando in loco protoni e neutroni
- I neutroni prodotti “accelerano” l’avvicinamento dei deuterio rimasti, spingendoli alla fusione (il tutto favorito dai tanti elettroni “in giro” che schermano le cariche positive, i protoni, generate dal processo)
Possono poi avvenire altre reazioni come la formazione di un nucleo di tulio da uno di erbio che ha “catturato” un protone derivato dalla dissociazione di un deuterio, oppure la formazione di un diverso isotopo di erbio se questo cattura un neutrone invece che un protone.
Tutto questo però non implica i pericoli della fissione nucleare dove un nucleo viene letteralmente bombardato di neutroni che ne provocano la distruzione con produzione di energia. Nella fusione i neutroni accelerano la fusione di nuclei, non la loro scissione.
È una ricerca relativamente di base, ma è comunque un passo avanti enorme per la scienza.
“Le attuali scoperte aprono una nuova strada per avviare ulteriori studi sulla fusione nucleare all’interno della comunità scientifica – commenta Bruce Steinetz, che ha guidato lo studio – Tuttavia, le velocità di reazione devono essere aumentate in modo sostanziale per raggiungere livelli di potenza apprezzabili, cosa che si potrebbe realizzare utilizzando vari metodi di “moltiplicazione” delle reazioni in esame”.
Secondo la Nasa, le applicazioni future potrebbero includere sistemi di alimentazione per missioni di esplorazione spaziale di lunga durata o per la propulsione nello spazio. Ma questo metodo potrebbe essere utilizzato anche sulla Terra per produrre energia elettrica in modo green o per la medicina nucleare, che utilizza isotopi tracciabili nella diagnostica per immagini.
La ricerca è stata oggetto di due articoli pubblicati su Physical Review C.
Fonti di riferimento: Nasa / Nasa/Youtube / Physical Review C 044609 / Physical Review C 044610
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