La fusione nucleare
Ti sei mai chiesto come funziona il sole? Come fa a fornirci tanta luce e tanto calore? Il sole è un immensa palla di idrogeno e ogni istante gruppi di 4 atomi di idrogeno si uniscono tra loro per formare un atomo di elio. Questo processo si chiama fusione nucleare.
4 atomi di idrogeno -> 1 atomo di elio
E l'energia da dove arriva?
Supponiamo di avere 1 chilogrammo di idrogeno e di andarlo a convertire, tramite reazioni nucleari, in elio. Pesiamo l'elio ottenuto e ci rendiamo conto che abbiamo solo 993 grammi. 7 grammi di materia sono svaniti.
Magia? No. Che fine ha fatto la massa scomparsa? Si è trasformata in energia secondo la formula Energia=massa * c2. (c è la velocità della luce).
7 grammi, poca energia? Non direi.
Dato che c2=90000000000000000 (m/s)2, basta pochissima massa per ottenere tantissima energia.
Nel nostro esempio, tramutando un chilo di idrogeno in elio avrei prodotto un energia pari a 630000000000000 J (il Joule è l'unita di misura dell'energia) e vi dovete fidare sulla parola è tanta, tanta, tanta energia, equivale a circa un terzo del consumo di energia elettrico italiano in un ora.
21 grammi di materia potrebbero alimentare per un'ora tutta l'Italia.
Attualmente non esistono centrali nucleari a fusione. Il perché è collegato al meccanismo di avvio delle reazioni.
Prediamo i 4 atomi di idrogeni, prendiamo i loro nuclei: sono 4 protoni, tutti e 4 con carica elettrica positiva. Come li convinco ad avvicinarsi abbastanza da fondersi in un nuovo atomo.
"Ehi protone, ti vuoi avvicinare a quell'altro protone?"
"Non ci penso minimamente, ha la mia stessa carica elettrica positiva e mi fa repulsione."
I quattro protoni tendono a respingersi tra loro per la forza elettrostatica. Li devo proprio spingere con tanta forza. Nelle stelle mi aiutano l'immensa gravità e la velocità. La velocità nelle particelle si manifesta come calore, più sono calde, più corrono. La gravità le avvicina, la velocità le fa sbattere le une contro le altre provocando le reazioni nucleari. Un milioncino di gradi centigradi basta ad accedere una stella.
Sulla terra, dove non possiamo aiutarci con la gravità, dobbiamo riscaldare l'idrogeno fino a 150 milioni di gradi. Ecco perché fino ad oggi non sono ancora stati accesi reattori nucleari a fusione: non ci riusciamo, dobbiamo far correre veloci veloci le particelle.
Si usano strutture a ciambelle e dentro un gas caldissimo che non tocca le pareti e che tramite campi magnetici dovrebbe raggiugere qualle temperature. Per semplificarci il lavoro, invece di quattro atomi di idrogeno, usiamo due tipi di idrogeno diversi, due suoi isotopo: il deuterio e il trizio.
È in costruzione un prototipo di reattore a fusione, questo video ve ne parla.
4 atomi di idrogeno -> 1 atomo di elio
E l'energia da dove arriva?
Supponiamo di avere 1 chilogrammo di idrogeno e di andarlo a convertire, tramite reazioni nucleari, in elio. Pesiamo l'elio ottenuto e ci rendiamo conto che abbiamo solo 993 grammi. 7 grammi di materia sono svaniti.
Magia? No. Che fine ha fatto la massa scomparsa? Si è trasformata in energia secondo la formula Energia=massa * c2. (c è la velocità della luce).
7 grammi, poca energia? Non direi.
Dato che c2=90000000000000000 (m/s)2, basta pochissima massa per ottenere tantissima energia.
Nel nostro esempio, tramutando un chilo di idrogeno in elio avrei prodotto un energia pari a 630000000000000 J (il Joule è l'unita di misura dell'energia) e vi dovete fidare sulla parola è tanta, tanta, tanta energia, equivale a circa un terzo del consumo di energia elettrico italiano in un ora.
21 grammi di materia potrebbero alimentare per un'ora tutta l'Italia.
Guardiamo questo primo video.
Attualmente non esistono centrali nucleari a fusione. Il perché è collegato al meccanismo di avvio delle reazioni.
Prediamo i 4 atomi di idrogeni, prendiamo i loro nuclei: sono 4 protoni, tutti e 4 con carica elettrica positiva. Come li convinco ad avvicinarsi abbastanza da fondersi in un nuovo atomo.
"Ehi protone, ti vuoi avvicinare a quell'altro protone?"
"Non ci penso minimamente, ha la mia stessa carica elettrica positiva e mi fa repulsione."
I quattro protoni tendono a respingersi tra loro per la forza elettrostatica. Li devo proprio spingere con tanta forza. Nelle stelle mi aiutano l'immensa gravità e la velocità. La velocità nelle particelle si manifesta come calore, più sono calde, più corrono. La gravità le avvicina, la velocità le fa sbattere le une contro le altre provocando le reazioni nucleari. Un milioncino di gradi centigradi basta ad accedere una stella.
Sulla terra, dove non possiamo aiutarci con la gravità, dobbiamo riscaldare l'idrogeno fino a 150 milioni di gradi. Ecco perché fino ad oggi non sono ancora stati accesi reattori nucleari a fusione: non ci riusciamo, dobbiamo far correre veloci veloci le particelle.
Si usano strutture a ciambelle e dentro un gas caldissimo che non tocca le pareti e che tramite campi magnetici dovrebbe raggiugere qualle temperature. Per semplificarci il lavoro, invece di quattro atomi di idrogeno, usiamo due tipi di idrogeno diversi, due suoi isotopo: il deuterio e il trizio.
È in costruzione un prototipo di reattore a fusione, questo video ve ne parla.