Il fabbisogno energetico di un milione di persone del mondo avanzato è stimabile in una quantità di energia equivalente a quella di 9.000 tonnellate di carbone al giorno. Tutte le fonti energetiche, sia quelle tradizionali che quelle "alternative" devono far parte di un piano di razionalizzazione sia della produzione sia del consumo.
In alternativa allo sfruttamento dei combustibili fossili, sono disponibili diverse sorgenti di energia, definite rinnovabili ed ecocompatibili, quali ad esempio l'energia eolica, geotermica e solare. Questi fonti di energia sono legate, oltre a disponibilità intermittenti, alla bassa densità di energia ricavabile, che implica l'uso di aree di produzione molto estese. Una centrale che produca 1 GW di potenza elettrica sfruttando il fotovoltaico solare alle nostre latitudini, con la tecnologia attuale, richiederebbe un'area di circa 20 chilometri quadrati ricoperta di pannelli solari a film sottile di silicio amorfo. Allo stato dell'arte, le fonti rinnovabili si possono dimostrare molto utili nel quadro di una diversificazione delle fonti energetiche e in un contesto in cui si punti anche a risparmi sui consumi di energia, ma da sole non riescono a soddisfare la domanda crescente di energia, spinta anche dal crescente incremento della popolazione mondiale. Si deve quindi puntare su processi produttivi di energia ad alta densità e a limitato impatto ambientale.
Se escludiamo i combustibili fossili, processi di produzione di energia ad alta intensità sono i meccanismi di disintegrazione (fissione) e di sintesi (fusione) dei nuclei di alcuni elementi.
Ogni nucleo di elemento esistente in natura ha energia di massa propria, diversa da quella di un altro elemento. La rottura per "fissione", di elementi pesanti in elementi leggeri, o la sintesi, per fusione, di nuclei leggeri in nuclei pesanti, libera una quantità netta di energia uguale alla differenza di massa tra i nuclei originari e quelli risultanti, moltiplicata per la velocità della luce elevata al quadrato. Il processo di fissione avviene con minima energia di innesto e, nei reattori, libera energia in modo controllato. I prodotti della rottura di un atomo pesante (uranio o plutonio) in atomi di peso più leggeri sono nuclei radioattivi e rimangono tali per lunghissimo tempo detto tempo di decadimento. Rappresentano quindi scorie impossibili da smaltire e difficili da immagazzinare.
La fusione dei nuclei leggeri invece richiede una quantità considerevole di energia di attivazione per avvicinare i due nuclei, che sono entrambi caricati positivamente e subiscono una repulsione elettrostatica. Le alte temperature richieste dalla fusione pongono un problema concreto: nessun materiale può resistere a centinaia di milioni di gradi. Negli ultimi anni si è cercato di risolvere il problema creando dei campi magnetici che evitino il contatto del plasma (nuclei leggeri separati dagli elettroni) con le pareti del reattore.
Anche nella fusione nucleare è necessario gestire lo smaltimento dell'elio (gas nobile incolore e inodore con simbolo He) e dalle scorie costituite dal trizio (isotopo dell'idrogeno con un nucleo formato da un protone e da due neutroni con simbolo T) ma sia l'intensità che la quantità di scorie radioattive è di molto inferiore rispetto a quelle risultanti da un processo di fissione nucleare.
La radiazione beta a bassa energia dal decadimento del trizio non può penetrare la pelle umana e quindi il trizio è dannoso solo se ingerito o inalato. Dopo 12,5 anni la radioattività del trizio si dimezza e dopo 100 anni diminuisce di 250 volte. Potenziali pericoli di contaminazione per gli operatori e per gli abitanti, durante il normale funzionamento, potrebbero essere costituiti da perdite accidentali di trizio e di polveri. Durante la vita di un reattore si utilizzano circa 16 Kg di trizio e non ne sono presenti mai più di 3 Kg alla volta. In caso di incidente ne può essere perso circa 500 g ma con sistemi di sicurezza a barriere di confinamento multiple per la radioattività , la perdita sarebbe inferiore.
Il trizio insieme al deuterio (altro isotopo stabile dell'idrogeno con simbolo D) viene utilizzato per la fusione nucleare con un risultato di ottenere un atomo più pesante (elio) e un'elevata quantità di energia. La fusione nucleare non è un processo a catena, come la fissione, e il combustibile va fornito continuamente per sostenere la reazione. Il combustibile dei reattori a fusione è dato dal deuterio e dal litio (elemento chimico del gruppo metalli alcalini non presente allo stato naturale ma sotto forma di composti) entrambi presenti nell'acqua marina e nelle rocce e geograficamente distribuiti in modo uniforme sul pianeta. 200 Kg di litio e 100 Kg di deuterio possono produrre 1000 MW di potenza elettrica.
La ricerca sulla fusione nucleare ha l'obiettivo di rendere disponibile una sorgente di energia rispettosa dell'ambiente, sicura ed economicamente competitiva, con la prospettiva che con 100 Kg di un combustibile praticamente inesauribile e largamente disponibile, possa produrre tanta energia quanto un milione di tonnellate di petrolio. Molti Paesi sono impegnati in questa ricerca, in una collaborazione scientifica che ha portato all'avvio della costruzione di ITER, un reattore a fusione sperimentale in grado di produrre 500 MW di potenza di fusione nucleare.
La sfida che la fusione nucleare dovrà vincere è che l'energia prodotta superi quella necessaria per produrla. Una misura delle prestazioni di un reattore è il fattore di guadagno Q, definito come rapporto tra la potenza di fusione prodotta e la potenza immessa nel plasma. Attualmente si prevede di realizzare reattori che operino in modo affidabile in un regime di guadagno Q tra 30 e 40.
La fusione nucleare è tra le promesse più affascinanti, tra le tecnologie con potenziale veramente altissimo, come sorgente di energia rispettosa dell'ambiente, sicura e sufficientemente economica anche se di tecnologia altissima e delicata. Da sottolineare infine che l'elettricità prodotta da una centrale a fusione può essere vantaggiosamente accoppiata ad un impianto di produzione di idrogeno, che è un vettore d'energia ecologico attualmente con costi di produzione elevati.
Fonte dati: Rivista AEIT dicembre 2008
In alternativa allo sfruttamento dei combustibili fossili, sono disponibili diverse sorgenti di energia, definite rinnovabili ed ecocompatibili, quali ad esempio l'energia eolica, geotermica e solare. Questi fonti di energia sono legate, oltre a disponibilità intermittenti, alla bassa densità di energia ricavabile, che implica l'uso di aree di produzione molto estese. Una centrale che produca 1 GW di potenza elettrica sfruttando il fotovoltaico solare alle nostre latitudini, con la tecnologia attuale, richiederebbe un'area di circa 20 chilometri quadrati ricoperta di pannelli solari a film sottile di silicio amorfo. Allo stato dell'arte, le fonti rinnovabili si possono dimostrare molto utili nel quadro di una diversificazione delle fonti energetiche e in un contesto in cui si punti anche a risparmi sui consumi di energia, ma da sole non riescono a soddisfare la domanda crescente di energia, spinta anche dal crescente incremento della popolazione mondiale. Si deve quindi puntare su processi produttivi di energia ad alta densità e a limitato impatto ambientale.
Se escludiamo i combustibili fossili, processi di produzione di energia ad alta intensità sono i meccanismi di disintegrazione (fissione) e di sintesi (fusione) dei nuclei di alcuni elementi.
Ogni nucleo di elemento esistente in natura ha energia di massa propria, diversa da quella di un altro elemento. La rottura per "fissione", di elementi pesanti in elementi leggeri, o la sintesi, per fusione, di nuclei leggeri in nuclei pesanti, libera una quantità netta di energia uguale alla differenza di massa tra i nuclei originari e quelli risultanti, moltiplicata per la velocità della luce elevata al quadrato. Il processo di fissione avviene con minima energia di innesto e, nei reattori, libera energia in modo controllato. I prodotti della rottura di un atomo pesante (uranio o plutonio) in atomi di peso più leggeri sono nuclei radioattivi e rimangono tali per lunghissimo tempo detto tempo di decadimento. Rappresentano quindi scorie impossibili da smaltire e difficili da immagazzinare.
La fusione dei nuclei leggeri invece richiede una quantità considerevole di energia di attivazione per avvicinare i due nuclei, che sono entrambi caricati positivamente e subiscono una repulsione elettrostatica. Le alte temperature richieste dalla fusione pongono un problema concreto: nessun materiale può resistere a centinaia di milioni di gradi. Negli ultimi anni si è cercato di risolvere il problema creando dei campi magnetici che evitino il contatto del plasma (nuclei leggeri separati dagli elettroni) con le pareti del reattore.
Anche nella fusione nucleare è necessario gestire lo smaltimento dell'elio (gas nobile incolore e inodore con simbolo He) e dalle scorie costituite dal trizio (isotopo dell'idrogeno con un nucleo formato da un protone e da due neutroni con simbolo T) ma sia l'intensità che la quantità di scorie radioattive è di molto inferiore rispetto a quelle risultanti da un processo di fissione nucleare.
La radiazione beta a bassa energia dal decadimento del trizio non può penetrare la pelle umana e quindi il trizio è dannoso solo se ingerito o inalato. Dopo 12,5 anni la radioattività del trizio si dimezza e dopo 100 anni diminuisce di 250 volte. Potenziali pericoli di contaminazione per gli operatori e per gli abitanti, durante il normale funzionamento, potrebbero essere costituiti da perdite accidentali di trizio e di polveri. Durante la vita di un reattore si utilizzano circa 16 Kg di trizio e non ne sono presenti mai più di 3 Kg alla volta. In caso di incidente ne può essere perso circa 500 g ma con sistemi di sicurezza a barriere di confinamento multiple per la radioattività , la perdita sarebbe inferiore.
Il trizio insieme al deuterio (altro isotopo stabile dell'idrogeno con simbolo D) viene utilizzato per la fusione nucleare con un risultato di ottenere un atomo più pesante (elio) e un'elevata quantità di energia. La fusione nucleare non è un processo a catena, come la fissione, e il combustibile va fornito continuamente per sostenere la reazione. Il combustibile dei reattori a fusione è dato dal deuterio e dal litio (elemento chimico del gruppo metalli alcalini non presente allo stato naturale ma sotto forma di composti) entrambi presenti nell'acqua marina e nelle rocce e geograficamente distribuiti in modo uniforme sul pianeta. 200 Kg di litio e 100 Kg di deuterio possono produrre 1000 MW di potenza elettrica.
La ricerca sulla fusione nucleare ha l'obiettivo di rendere disponibile una sorgente di energia rispettosa dell'ambiente, sicura ed economicamente competitiva, con la prospettiva che con 100 Kg di un combustibile praticamente inesauribile e largamente disponibile, possa produrre tanta energia quanto un milione di tonnellate di petrolio. Molti Paesi sono impegnati in questa ricerca, in una collaborazione scientifica che ha portato all'avvio della costruzione di ITER, un reattore a fusione sperimentale in grado di produrre 500 MW di potenza di fusione nucleare.
La sfida che la fusione nucleare dovrà vincere è che l'energia prodotta superi quella necessaria per produrla. Una misura delle prestazioni di un reattore è il fattore di guadagno Q, definito come rapporto tra la potenza di fusione prodotta e la potenza immessa nel plasma. Attualmente si prevede di realizzare reattori che operino in modo affidabile in un regime di guadagno Q tra 30 e 40.
La fusione nucleare è tra le promesse più affascinanti, tra le tecnologie con potenziale veramente altissimo, come sorgente di energia rispettosa dell'ambiente, sicura e sufficientemente economica anche se di tecnologia altissima e delicata. Da sottolineare infine che l'elettricità prodotta da una centrale a fusione può essere vantaggiosamente accoppiata ad un impianto di produzione di idrogeno, che è un vettore d'energia ecologico attualmente con costi di produzione elevati.
"Tutto il cosmo si alimenta di fusione, senza di essa non esisterebbe la vita. l'energia solare è il prodotto della fusione che avviene a 149 milioni e mezzo di chilometri dalla terra"
Fonte dati: Rivista AEIT dicembre 2008
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