Fusione da deuterio e trizio

fisica060515

Se compattassimo deuterio e trizio riducendo il loro volume senza sottoporli a pressione di alcun genere, si potrebbe ottenerne la fusione con una temperatura o intensità di energia più basse di quelle necessarie oggi, cioè quelle di una esplosione nucleare?

Fiorenzo Masotti
31 marzo 2006
La prima risposta è semplicemente negativa in quanto anche se riuscissimo a "compattare" deuterio e trizio vi sarebbe sempre da superare la barriera della repulsione elettrostatica per poter innescare una reazione di fusione nucleare e quindi avremmo sempre bisogno di alte temperature. Vi sono comunque due strade che sembrano suggerire un "cavallo di Troia" (Ulisse sempre ci ispira…) per "penetrare" all'interno di questa barriera anche a temperatura ambiente: la fusione muonica e la fusione catalizzata in un mezzo metallico. Mentre la prima è fisicamente abbastanza ben compresa e il problema è soprattutto di intensità di processi di fusione, la seconda (che è poi la famosa fusione fredda della fine degli anni Ottanta) è ancora tutta da capire, con dati ancora a livelli molto bassi di riproducibiltà.

Il muone è una particella elementare carica che sente molto poco le forze nucleari e che ha una massa circa 200 volte quella dell'elettrone. Pertanto "sostituendo" un muone a un elettrone in un atomo se ne riduce molto il volume, infatti un risultato generale della meccanica quantistica è che le distanze vanno con l'inverso delle masse... A questo punto si possono formare anche legami "piu' stretti", per esempio un molecola deuterio-muone-trizio sarà molto più compatta. Il muone potrà schermare in modo più efficace la repulsione elettrica dei due nuclei permettendo di far entrare in funzione la forza nucleare attrattiva che porta alla fusione di un nucleo di elio con produzione di energia. Il muone resta "disponibile" per un'altra reazione e così via. Il problema è che la vita media del muone èestremamente piccola, solo 2,2 microsecondi, inoltre c'è una probabilità che venga catturato dai nuclei di elio che lo tolgono di mezzo per il ciclo. Al momento non si è riusciti a generare cicli con più di circa 100 fusioni DT e ciò non è sufficiente ad avere un guadagno complessivo di energia. Comunque la ricerca va avanti in vari grossi laboratori di fisica nucleare, come TRIUMF in Canada, CERN in Europa e RIKEN in Giappone.

La fusione catalizzata da metalli è un processo molto più complesso e ancora non chiarito nei suoi principi fisici. L'idea è che "caricando" del deuterio in un reticolo cristallino (per esempio nel famoso palladio di Fleischmann e Pons) si costringono i nuclei dei relativi atomi a "stare vicino" aumentando la probabilità di fusione. Come abbiamo già detto ciò non è del tutto ovvio, ossia non è chiaro perché ci possa essere un sufficiente "schermaggio" della repulsione coulombiana stavolta operato dagli elettroni. I dati, ottenuti in massima parte con caricamento tramite elettrolisi, ancora non vengono considerati di sufficiente attendibilità. Non mi dilungo molto su ciò in quanto circolano su web tantissime discussioni (basta vedere i siti "fusione fredda"). Comunque la riproducibiltà degli esperimenti cosiddetti "chimici" certamente non è al momento assicurata.

Tuttavia si deve dire che vi sono molti dati sicuri sul fatto che la reazione di fusione d+d (che va in p+t) fatta mandando deutoni su un bersaglio di metallo "deuterato" mostra delle rese più alte rispetto al caso di un bersaglio di deutoni liberi. La cosa è interessante in quanto ciò non succede se per bersaglio si prende un isolante deuterato. Sembrerebbe che un ruolo importante sia giocato da un effetto collettivo delle bande elettroniche di conduzione dei metalli. Il problema è del tutto aperto, ancora una volta c'è bisogno di capire le risposte collettive "ordinate" di un sistema complesso… e poi forse anche avremo le ricadute energetiche.

Massimo Di Toro Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Catania
Keywords: fisica nucleare

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