Fusione nucleare
La fusione nucleare è il processo di fabbricazione di un singolo nucleo pesante (parte di un atomo) da due nuclei più leggeri. Questo processo è chiamato reazione nucleare. Essa rilascia una grande quantità di energia.
Il nucleo prodotto dalla fusione è più pesante di uno dei due nuclei di partenza. Tuttavia, non è così pesante come la combinazione della massa originaria dei nuclei di partenza (atomi). Questa massa perduta si trasforma in molta energia. Questo è mostrato nella famosa equazione E=mc2 di Einstein.
La fusione avviene in mezzo alle stelle, come il Sole. Gli atomi di idrogeno vengono fusi insieme per produrre elio. Questo rilascia molta energia. Questa energia alimenta il calore e la luce della stella. Non tutti gli elementi possono essere uniti. Gli elementi più pesanti si uniscono meno facilmente di quelli più leggeri. Il ferro (un metallo) non può fondersi con altri atomi. Questo è ciò che fa morire le stelle. Le stelle uniscono tutti i loro atomi per formare atomi più pesanti di diverso tipo, fino a quando non iniziano a produrre ferro. Il nucleo di ferro non può fondersi con altri nuclei. Le reazioni si fermano. La stella alla fine si raffredda e muore.
Sulla Terra è molto difficile avviare reazioni di fusione nucleare che rilasciano più energia di quanta ne sia necessaria per avviare la reazione. La ragione è che le reazioni di fusione avvengono solo ad alta temperatura e pressione, come nel Sole, perché entrambi i nuclei hanno una carica positiva, e il positivo respinge il positivo. L'unico modo per fermare la repulsione è far sì che i nuclei si colpiscano a velocità molto elevate. Lo fanno solo ad alta pressione e temperatura. L'unico approccio riuscito finora è stato quello delle armi nucleari. La bomba all'idrogeno utilizza una bomba atomica (a fissione) per avviare reazioni di fusione. Scienziati e ingegneri hanno cercato per decenni di trovare un modo sicuro e funzionante di controllare e contenere le reazioni di fusione per generare elettricità. Hanno ancora molte sfide da superare prima che l'energia da fusione possa essere usata come fonte di energia pulita.
Il Sole genera la sua energia attraverso la fusione nucleare di nuclei di idrogeno in elio. Nel suo nucleo, il Sole fonde 620 milioni di tonnellate metriche di idrogeno al secondo.
La reazione di fusione idrogeno deuterio-trizio (D-T) viene utilizzata per liberare l'energia di fusione.
Una versione della tavola periodica che indica le origini - compresa la nucleosintesi stellare - degli elementi. Gli elementi superiori a 94 sono artificiali e non sono inclusi.
Domande e risposte
D: Che cos'è la fusione nucleare?
R: La fusione nucleare è il processo di creazione di un singolo nucleo pesante (parte di un atomo) da due nuclei più leggeri. Questo processo è chiamato reazione nucleare e rilascia una grande quantità di energia.
D: Come funziona questo processo?
R: Il nucleo ottenuto dalla fusione è più pesante di uno dei due nuclei di partenza, ma non quanto la combinazione delle loro masse originali. Questa massa persa si trasforma in molta energia, come si può vedere nella famosa equazione E=mc2 di Einstein.
D: Dove avviene questo processo?
R: La fusione avviene al centro delle stelle, come il nostro Sole, dove gli atomi di idrogeno vengono fusi insieme per ottenere l'elio e rilasciare molta energia che alimenta il calore e la luce.
D: Tutti gli elementi possono essere uniti attraverso la fusione?
R: No, gli elementi più pesanti si uniscono meno facilmente di quelli più leggeri e il ferro (un metallo) non può assolutamente fondersi con altri atomi. Questo è il motivo per cui le stelle muoiono quando uniscono tutti i loro atomi per creare atomi più pesanti, finché non iniziano a produrre ferro che non può più essere fuso.
D: È facile avviare reazioni di fusione nucleare sulla Terra?
R: No, è molto difficile, perché queste reazioni avvengono solo ad alta temperatura e pressione, come nel Sole, perché entrambi i nuclei hanno cariche positive che si respingono, quindi devono colpirsi a velocità molto elevate per fondersi con successo.
D: Qualcuno ha avuto successo nel controllare o contenere queste reazioni per la generazione di elettricità?
R: Non ancora - gli scienziati e gli ingegneri ci stanno provando da decenni, ma ci sono ancora molte sfide prima che l'energia di fusione possa essere utilizzata come fonte di energia pulita.
D: Che cosa ha avuto successo finora per quanto riguarda la fusione nucleare?
R: L'unico approccio di successo finora è stato quello delle armi nucleari, dove la bomba all'idrogeno utilizza una bomba atomica (di fissione) per avviare la reazione.
