La fusione nucleare è il processo che alimenta le stelle. Nel nucleo del Sole, nuclei leggeri di idrogeno si fondono per formare elio più pesante, rilasciando una quantità di energia proporzionale alla perdita di massa, secondo la relazione di Einstein. A differenza della fissione nucleare, usata oggi nelle centrali di potenza, la fusione non produce scorie radioattive a lunga vita e il rischio di incidente catastrofico è strutturalmente quasi assente: se il confinamento del plasma viene meno, la reazione si spegne da sola.
Riprodurre questo processo sulla Terra richiede condizioni estreme. Perché i nuclei si fondano, occorre superare la repulsione elettrostatica tra cariche positive, il che impone temperature dell’ordine dei cento milioni di gradi Celsius e pressioni molto elevate. A queste condizioni la materia esiste sotto forma di plasma, un gas completamente ionizzato che non può essere contenuto in nessun materiale fisico ordinario.
La storia della fusione controllata inizia negli anni ’30, quando i fisici teorizzarono le reazioni che avvengono nel Sole. Il primo utilizzo pratico fu militare: nel 1952 il test Ivy Mike, condotto dagli Stati Uniti nell’atollo di Enewetak, produsse un’esplosione termonucleare di 10 megatoni, distruggendo l’isola e lasciando conseguenze ambientali e sanitarie sulle popolazioni locali che perdurano ancora oggi. Quella pagina ha segnato in modo permanente il dibattito etico sulla fusione. Negli anni successivi la ricerca si è orientata verso applicazioni civili, con l’obiettivo di replicare la reazione in modo controllato e stabile.
La soluzione più avanzata per il confinamento del plasma è il tokamak, un dispositivo che utilizza campi magnetici generati da bobine superconduttrici per mantenere il plasma all’interno di una camera toroidale, senza contatto con le pareti. Un’alternativa è lo stellarator, che usa geometrie magnetiche più complesse, eliminando la necessità di correnti interne nel plasma a vantaggio della stabilità. Entrambi i concetti presentano vantaggi e limitazioni specifiche, e la ricerca procede su entrambi i fronti.
Nel 2022 il National Ignition Facility degli Stati Uniti ha ottenuto per la prima volta un risultato storico: un esperimento di fusione ha prodotto più energia di quanta ne fosse stata iniettata dal sistema laser per avviare la reazione. Si tratta di un traguardo concettuale significativo, anche se la strada verso un impianto in grado di immettere energia nella rete è ancora lunga.
Il progetto ITER, in costruzione a Cadarache in Francia con la partecipazione di 35 nazioni, è l’impresa collettiva più ambiziosa in questo campo. L’obiettivo è dimostrare la fattibilità tecnica ed economica della fusione su scala di reattore. Il progetto DEMO, che seguirà ITER, punta a costruire il primo impianto capace di produrre elettricità. Anche la Corea del Sud, con il reattore KSTAR, ha stabilito record di stabilità del plasma, mantenendo temperature superiori a 100 milioni di gradi per periodi crescenti.
L’Italia partecipa a questo scenario su più livelli. L’ENEA contribuisce ai programmi ITER e DEMO attraverso il centro di Frascati, dove ha sede il Divertor Tokamak Test (DTT), una struttura dedicata allo studio dei materiali esposti al plasma e alle soluzioni per il divertore, il componente che gestisce il calore estratto dal plasma stesso. Eni ha investito in Commonwealth Fusion Systems, una startup americana che sviluppa magneti superconduttori ad alta temperatura con l’obiettivo di costruire reattori più compatti e meno costosi rispetto ai progetti governativi tradizionali.
Le sfide che rimangono aperte sono concrete. La stabilità del plasma a lungo termine richiede sistemi di controllo attivo molto precisi. I materiali della camera del reattore devono resistere a flussi neutronici elevatissimi per anni senza degradarsi. I costi attuali dei componenti superconduttori restano elevati. Il combustibile principale, il trizio, è radioattivo e deve essere prodotto all’interno del reattore stesso attraverso la reazione con litio, il che richiede soluzioni ingegneristiche non ancora completamente risolte.
La fusione nucleare è una tecnologia con caratteristiche fisiche molto favorevoli: combustibile pressoché illimitato, emissioni nulle in operazione, assenza di rischi di incidente catastrofico. Il divario tra queste caratteristiche e la disponibilità commerciale rimane però significativo. Le previsioni più ottimistiche indicano i primi impianti connessi alla rete non prima del 2040-2050. Nel frattempo la ricerca privata sta comprimendo i tempi, ma le incognite sull’ingegneria di sistema restano aperte. L.L.
