La fusione nucleare è il processo che alimenta il sole e le stelle, rendendo possibile la vita sulla Terra. Si chiama "fusione" perché l'energia è prodotta combinando nuclei leggeri, come isotopi di idrogeno, portati a temperature estremamente elevate (15 milioni di gradi nel sole , più di 100 milioni di gradi nei dispositivi realizzati nei laboratori). In questo processo parte della massa dei reagenti viene convertita in energia cinetica dei prodotti di reazione (un nucleo di elio ed un neutrone per la reazione deuterio - trizio), che a loro volta possono essere utilizzati per produrre energia elettrica tramite tecniche convenzionali in una turbina a vapore.
In prospettiva la fusione nucleare è inclusa fra le principali fonti di energia in grado di garantire la sostenibilità senza produzione di CO2 (e quindi senza contribuire direttamente all'effetto serra). Potrà pertanto essere utilizzata per soddisfare la rapida crescita della domanda globale di energia, che dovrebbe più che raddoppiare entro il 2050 per l'effetto combinato degli aumenti della popolazione e del fabbisogno energetico nei paesi in via di sviluppo.
La fusione termonucleare controllata potrà fornire energia:
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Eco-compatibile: i prodotti della reazione di fusione più promettente (D-T, cioè deuterio-trizio) sono solo elio e neutroni. Non vengono prodotte scorie radioattive e, con una corretta scelta dei materiali, la radioattività indotta nei componenti strutturali decade in un tempo relativamente breve, paragonabile a quello delle centrali a carbone.
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Intrinsecamente sicura: non sono possibili reazioni a catena in quanto è presente solo una quantità assai limitata di reagenti nella camera da vuoto; in caso di danni, incidenti, o perdita di controllo, la reazione di fusione con conseguente generazione di calore decadrà assai rapidamente spegnendosi automaticamente.
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Sostenibile: deuterio e litio (il trizio è prodotto nel reattore) sono largamente diffusi e praticamente inesauribili in natura (il deuterio è presente in gran quantità nell'acqua del mare ed il litio può essere estratto sia dalle rocce sia dagli oceani).
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Senza emissioni di gas serra: non si ha produzione di CO2.
Alla temperatura estremamente elevata necessaria per ottenere la fusione, la miscela reagente è allo stato di plasma, una condizione nella quale gli atomi sono tutti dissociati in ioni ed elettroni. Il confinamento di un tale plasma non è realizzabile con camere convenzionali. Per risolvere questo problema sono disponibili due opzioni.
La prima consiste nel comprimere e riscaldare la miscela reagente per mezzo di potenti raggi laser che, in tempi rapidissimi, costringono i nuclei a distanze talmente brevi da innescare le reazioni di fusione. Tale tecnica è denominata "fusione inerziale".
L'altra tecnica, detta "a confinamento magnetico", utilizza un campo magnetico per distaccare il plasma dalla parete. Ioni ed elettroni sono intrappolati dal campo magnetico, che si oppone al loro movimento trasversale. Tuttavia le particelle cariche elettricamente possono muoversi liberamente nella direzione parallela al campo. Se il campo magnetico è progettato in modo da formare superfici magnetiche concentriche, può essere utilizzato come un contenitore particolare, in grado di evitare il contatto di tali particelle con le pareti solide. Fra i dispositivi per fusione basati sul confinamento magnetico, quelli che finora hanno consentito di ottenere le migliori prestazioni sono i "tokamak" (Figura 1).
Figura 1: Il tokamak - avvolgimenti e campo magnetico risultante in grado di confinare il plasma.
