Nucleare: è (quasi) ora di energia pulita, a basso costo e senza scorie

CAMBRIDGE (Massachusetts) . "La cosa più pericolosa del lavorare alla fusione nucleare qui al Mit? Attraversare Albany Street". Giganteschi truck sfrecciano sulla strada che costeggia il Plasma Science and Fusion Center, ma niente a che vedere con il traffico delle città nostrane. Siamo pur sempre a Cambridge, cittadina dirimpettaia di Boston (le divide il fiume Charles) che ospita due eccellenze accademiche mondiali e i relativi campus: la Harvard University e, appunto, il Massachusetts Institute of Technology. In un anonimo edificio di mattoni rossi si lavora all'energia pulita del futuro, a riprodurre in laboratorio quella reazione che alimenta il Sole e le altre stelle: la fusione. I ricercatori del Mit pensano di essere vicinissimi al traguardo: pochi anni, rispetto ai decenni degli esperimenti concorrenti. C'è chi li considera visionari, chi millantatori, chi gli unici ad aver effettivamente imboccato la strada giusta.

La battuta di Mike Short, giovanissimo numero due del Plasma Science and Fusion Center, è una risposta a quanti ritengono che anche la fusione nucleare generi radiazioni dannose per gli esseri viventi. Il professor Short (insegna Scienza e ingegneria nucleare) ci mostra il laboratorio che in questo momento guida la corsa all'atomo pulito. Ai piedi, però, indossa un paio di pantofole gialle con in rosso il simbolo della radioattività: "Solo un gadget, me le hanno regalate durante la visita a un impianto nucleare giapponese". Alle sue spalle, nella grande sala sperimentale, il pezzo forte della fusione nucleare made in Mit: il supermagnete che in questo momento dà un vantaggio competitivo ai ricercatori di Cambridge. La tecnica adottata è quella del confinamento magnetico (la stessa del mastodontico progetto internazionale Iter, in costruzione nel sud della Francia): un campo magnetico "confina" gli atomi di deuterio e trizio (due isotopi dell'idrogeno) e li strizza fino a farli fondere uno nell'altro. Dalla reazione di fusione emergono atomi di elio ed energia, tanta energia. "Nel Sole, e in generale nelle stelle", spiega Dennis Whyte, direttore del Plasma Science and Fusion Center, "è la forza di gravità a comprimere gli atomi fino a farli fondere. Sulla Terra non possiamo riprodurre una simile gravità, e allora la sostituiamo con la forza magnetica".

Il primo passo per la fusione è dunque avere il magnete giusto, di una potenza tale da simulare la gravità del Sole ma anche ingegneristicamente ed economicamente fattibile. Ebbene, nel settembre del 2021 i ricercatori del Mit, e i loro ex colleghi che nel frattempo avevano dato vita a uno spin off per commercializzare in futuro questa tecnologia (la Commonwealth Fusion Systems), hanno annunciato di avercela fatta, realizzando un dispositivo che genera un campo magnetico da 20 Tesla. "È 400mila volte più intenso di quello terrestre che fa puntare verso nord l'ago di una bussola", spiega il professor Whyte. Non solo: grazie ai materiali utilizzati e alla particolare geometria, le dimensioni sono ridotte e la temperatura a cui deve essere tenuto per funzionare non è lo zero assoluto (-273 gradi centigradi) ma decine di gradi più alta.

"Abbiamo creato forze magnetiche molto più intense che in passato. E se l'intensità del campo magnetico raddoppia, le dimensioni della macchina in cui avviene la fusione diminuiscono di 10, 20 o 30 volte. Questa è la principale differenza con Iter", continua Whyte. Il magnete a forma di D nel laboratorio del Mit pesa 9.265 chilogrammi, mentre i singoli magneti di Iter viaggiano intorno alle 320 tonnellate e produrranno comunque un campo magnetico inferiore: 11,8 Tesla.
Certo, tra avere il magnete e realizzare un vero reattore a fusione nucleare, che produca più energia di quanta ne consumi, ce ne passa. Ma l'approccio innovativo del Plasma Science and Fusion Center ha conquistato gli investitori: lo spin off Commonwealth Fusion Sytems ha raccolto due miliardi di dollari e ha tra i partner principali l'italiana Eni, che ha scommesso sul progetto fin dal 2018 e partecipa con il 19 per cento del capitale.

Deuterio e trizio

Grazie a questa iniezione di denaro Cfs sta costruendo, poco fuori Boston, una macchina sperimentale, Sparc, che dovrebbe accendere la prima reazione di fusione nucleare capace di produrre energia in modo continuativo. Gli ex ricercatori, oggi giovani manager, abbandonano ogni cautela: "Nel 2025 faremo funzionare Sparc ed entro i primi anni del prossimo decennio produrremo elettricità e la immetteremo nella rete". Due anni per la fusione e appena dieci per l'energia pulita "commerciale". Ma è davvero possibile? Nei corridoi del Mit più realisticamente si parla di 15 anni. Perché i problemi da risolvere non mancano, e li elenca lo stesso Dennis Whyte, che pure è tra i fondatori di Cfs. "Dobbiamo capire come si comporta il plasma (il gas di atomi di deuterio e trizio che hanno perso i loro elettroni, ndr) nelle condizioni estreme a cui avviene la fusione. E come reagiranno i materiali che useremo per le pareti della macchina: dovranno assorbire grandi quantità di energia. Infine dovremo imparare a estrarre tale energia per trasformarla in elettricità. È una sfida tecnologica ed economica". E basteranno dieci anni per tutto questo? "Dipenderà da cosa vedremo con Sparc, è il motivo per cui lo stiamo costruendo. Risolveremo i problemi man mano che si presenteranno. Ma sono ostacoli ingegneristici, non concettuali". Le certezze di Whyte derivano dal fatto che di macchine per la fusione (i cosiddetti tokamak) delle dimensioni di Sparc se ne sono già costruite tante in tutto il mondo: "Sappiamo come farle, quanto tempo ci vuole e quanto costano".

I punti deboli

E però i tokamak esistenti hanno ancora molti punti deboli, a cominciare proprio dalle pareti. Le altissime temperature (milioni di gradi centigradi) e i neutroni ad alta energia prodotti dalla fusione danneggiano i materiali sperimentati finora. "Il tungsteno di cui era rivestito il nostro tokamak sperimentale produceva filamenti e polveri che interferiscono con il plasma", conferma Short. "Ora lo abbiamo smontato. Al suo posto installeremo un acceleratore di particelle con cui bombarderemo i diversi materiali, simulando ciò che accade durante la fusione. La soluzione più promettente sembra essere una lega a base di vanadio".

Se, nonostante i problemi, è davvero questione di pochissimi anni, perché allora l'Amministrazione Biden, nel dicembre scorso, ha celebrato come una svolta epocale la reazione di fusione ottenuta ai Livermore National Laboratories che, per ammissione degli stessi scienziati, non porterà ad applicazioni pratiche prima di 5 decenni? "Si tratta di una tecnologia totalmente diversa dalla nostra e nasce per ragioni di sicurezza nazionale", risponde Whyte. " Una volta innescata la fusione, Sparc produrrà 300 volte l'energia prodotta nel lampo di Livermore. Lì riescono a bombardare gli atomi di idrogeno con i laser una volta al giorno, ma in una centrale a fusione bisogna innescare la reazione dieci volte al secondo".

Cautele generazionali

Anche tra chi studia il confinamento magnetico, però, c'è chi continua a sostenere che l'elettricità da fusione "la utilizzeranno i nostri nipoti". "Non voglio apparire arrogante", replica Whyte, "ma direi loro: se davvero la pensate così perché non lasciate stare e vi dedicate ad altro?" .

Secondo Mike Short è una questione generazionale. "Nel nostro gruppo ci sono moltissimi giovani: abbiamo il vantaggio di poter sfruttare le conoscenze accumulate in passato, senza il peso delle frustrazioni di chi ci ha preceduto. Ottenere la fusione entro il 2025 con Sparc è sfidante, ma non impossibile". Poi toglie le pantofole "antiradiazioni", indossa delle scarpe da ciclista, inforca la bici da corsa e, con sprezzo del pericolo, affronta Albany Street.

Sul Venerdì del 14 aprile 2023