Dopo Fukushima l’attenzione è puntata sulla sicurezza dell’energia nucleare. I processi di fissione usati nelle centrali generano scorie, mentre quelli di fusione sono stati realizzati solo in laboratorio. Una buona notizia è arrivata pochi giorni fa dal Politecnico di Torino: sembra possibile produrre energia atomica dalla semplice frattura di rocce. Abbiamo chiesto un commento al prof. Maurizio De Crescenzi, Ordinario di Struttura della Materia presso il nostro Ateneo - Leggi tutto

FIG. 1 - Reazione di FISSIONE

a cura della Redazione

In seguito al disastro atomico ancora in corso in Giappone, dove il terremoto dello scorso 11 marzo ha causato danni critici alla centrale nucleare di Fukushima, l’attenzione dell’opinione pubblica è di nuovo proiettata sulle tematiche inerenti l’utilizzo e, soprattutto, la sicurezza dell’energia atomica. La battaglia è a tutto campo, dalla scienza alla politica, passando per l’economia, la cultura, la società. Nel mare di notizie e commenti sull’argomento, alcune hanno attirato l’attenzione più di altre, come quelle pubblicate su alcuni quotidiani di respiro nazionale (La Stampa, La Repubblica) lo scorso 15 aprile. Fortunatamente si tratta di buone notizie e riguardano esperimenti in corso presso il Politecnico di Torino, dove un gruppo di ricerca del prof. Alberto Carpinteri, sembra aver trovato il modo di produrre la tanto agognata energia nucleare “pulita”. Il meccanismo attraverso il quale si raggiunge lo scopo è la semplice frantumazione di rocce contenenti ferro e nichel. Il processo di rottura dovrebbe creare delle fissioni nucleari senza generare scorie radioattive, come avviene invece con l’uranio. Si è arrivati a ipotizzare la presenza di reazioni nucleari partendo dalla comparsa di neutroni in seguito alla frantumazione, risultato inequivocabile dell’avvenuta reazione di fissione atomica.
Abbiamo chiesto un commento al prof. Maurizio De Crescenzi, ordinario di Struttura della Materia presso la Facoltà di Scienze dell’Università Tor Vergata, che ci ha spiegato nel dettaglio che “alla base di quello che è stato definito “il nucleare pulito”, senza cioè alcuna traccia di radioattività residua, c’è l’osservazione, riportata sulla rivista internazionale Physics Letters A, che in alcune rocce granitiche, sottoposte a forte compressione, alla loro frattura avviene una discreta emissione di neutroni. Queste particelle nucleari sono il sintomo che sia avvenuto lo stesso processo fisico-chimico che avviene nelle centrali nucleari tradizionali e senza reazioni a catena che possono essere in alcuni casi fuori del controllo umano. Il risultato principale delle ricerche del prof. Carpinteri sembra essere che, oltre a produrre neutroni, si producono elementi stabili e completamente inerti risolvendo il problema delle scorie radioattive che, come tutti sanno, hanno un tempo di decadimento di molte centinaia di anni e che necessitano di uno stoccaggio in luoghi altamente sicuri e protetti”.
“L’energia nucleare è l’energia che tiene legata la parte interna dell’atomo, cioè il nucleo – prosegue il professore – Albert Einstein fu il primo scienziato ad intuire che dal nucleo si poteva ottenere energia. Nel 1905 espresse nella formula  E=mc² la teoria delle equivalenza tra materia ed energia. Questa formula permette di calcolare esattamente quanta energia si può ottenere dalla trasformazione di una certa quantità di materia. Basta far sparire una piccola quantità di materia per ottenere una grande quantità di energia. Per ricavare energia dal nucleo dell’atomo ci sono due procedimenti: la fissione nucleare cioè la rottura di nuclei pesanti come quello dell’uranio; la fusione nucleare cioè l’aggregazione di nuclei leggeri come quelli dell’idrogeno.

FIG. 2 - Reazione di FUSIONE

La fissione nucleare, rappresentata schematicamente nella FIG 1, mostra come un atomo di Uranio se bombardato con neutroni si scinda in due atomi di massa più piccola liberando energia (data dalla differenza delle masse degli atomi coinvolti) e da due neutroni. In questo processo che è alla base del funzionamento delle attuali centrali nucleari le scorie radioattive sono appunto il Cesio o altri prodotti della scissione atomica. I risultati di questo processo sono: liberazione di una grande quantità di energia (l’energia effettivamente sfruttabile come energia termica è di circa 200 MeV per ogni fissione); l’emissione contemporanea di 2 o più neutroni, che possono fungere da veicolo di reazione, provocando nuove fissioni e innescando una reazione a catena; comparsa di due prodotti di fissione, frammenti del nucleo fissile rotto e a cui si deve la maggior parte della radioattività. Il secondo processo che passa per fusione nucleare avviene quando si vuole riprodurre sulla terra i processi nucleari presenti sulle stelle o sul sole. Come evidenziato dalla FIG. 2, la fusione nucleare avviene quando l’idrogeno si trasforma in elio, sprigionando grandi quantità di energia.
Sono molti anni che si lavora alla realizzazione di un reattore nucleare che renda possibile l’uso pacifico di energia da fusione ma per ora la fusione nucleare è stata sperimentata solo in laboratorio. I problemi che si pongono sono enormi se pensiamo che la fusione nucleare sul Sole si realizza a circa 6000°C (e con pressioni elevatissime) e che, sulla Terra, per realizzarla occorrono temperature che oscillano intorno ai 100 milioni di gradi (più di sei volte la temperatura all’interno del Sole). Questi pochi dati sono sufficienti a farci comprendere l’estrema difficoltà prima di raggiungere quelle folli temperature, e poi di contenerle in un qualche recipiente. Risultati che possano permettere l’utilizzo commerciale dell’energia prodotta attraverso il processo di fusione nucleare sono previsti dai ricercatori in un orizzonte piuttosto lontano (non prima del 2040-2050). In linea di principio i problemi ambientali dovrebbero essere minimi a fronte di disponibilità di combustibile praticamente infinita. In questo scenario le ricerche portate avanti del gruppo del prof. Carpinteri appaiono veramente sorprendenti ed interessanti se si pensa che necessitano in principio di una forte pressione da esercitare su un materiale di facile reperimento (contenente ferro o nichel) e di assoluta  mancanza di radioattività residua. Il processo chimico-fisico ipotizzato è il seguente:

Fe30 ( con 26 protoni) —> 2 Al14 ( con 13 protoni) + 2 neutroni + energia.

Ossia si parte con del Ferro che si decompone ad alte pressioni, con un procedimento chiamato “reazione di fissione piezo-nucleare”, in due atomi di Alluminio, due neutroni ed una quantità di energia termica dovuta alla differenza tra le masse degli atomi coinvolti. Il fenomeno è stato misurato in marmi granitici dove c’è una discreta abbondanza di ferro e non in marmi di Carrara dove il Ferro è quasi assente.  Questo fenomeno è stato ipotizzato anche nel caso del Nichel che rispetto all’Alluminio produce Silicio e tre neutroni. Dalle differenze di massa tra il Ferro e l’Allumino si riesce a trovare una quantità, chiamata difetto di massa, che secondo la formula di Einstein è l’energia che viene liberata al momento della fissione. Si può stimare questa energia in circa 10 MeV  e che rappresenta un’energia enorme se confrontata con quella della fusione che è di “soli” 3.2 MeV. A nostro avviso il punto debole, di tutto quello descritto finora, è che l’energia necessaria per arrivare ad una reazione nucleare, come quella invocata dal prof. Carpinteri, è dello stesso ordine di grandezza di quella che si produce al momento della fissione. Questo perché l’energia spesa nel comprimere gli atomi nei punti di frattura del materiale riesce a raggiungere valori elevatissimi e dello stesso ordine di grandezza di quella che si guadagna nella reazione. Questo ci porta a concludere che il processo è possibile ma non redditizio da un punto di vista energetico. La questione va sicuramente approfondita da un punto di vista sperimentale perché appare molto suggestiva l’idea che spezzando un pezzo di marmo si produca energia a volontà e in maniera controllata. Suggeriamo infatti di ripetere l’esperienza su pezzi di Ferro puro o di Nichel puro in modo da controllare che i prodotti della fissione siano veramente Alluminio e Silicio. Questo fondamentale controllo dei prodotti della reazione coinvolti è facilmente misurabile con le moderne tecniche di analisi quantitative tipo SIMS (emissione di atomi indotta da bombardamento ionico) e renderebbe tutte le misure più quantitative. Si dovrebbe infine misurare con più accuratezza l’energia spesa per creare la frattura nel materiale.  Secondo il nostro punto di vista si devono percorrere tutta una serie di passi sperimentali e verificabili prima di poter asserire che: “il nucleare pulito è alle porte ” come scritto sui giornali. Si rischia di dare fiato ad una propaganda che non fa bene alla scienza ed il risultato è quello di illudere l’opinione pubblica circa la risoluzione di problemi come quello di creare energia superando leggi fisiche ineluttabili soprattutto su scala nucleare. Nel Dipartimento di Fisica della nostra Università – conclude De Crescenzi – ci sono diversi ricercatori impegnati nello sviluppo e nell’utilizzo di rivelatori per neutroni da utilizzare per gli esperimenti di fusione nucleare utilizzando materiali di punta come il diamante e che potrebbero dare un valido contributo alla risoluzione di questo affascinante interrogativo”.

La Stampa – Torino / Il nucleare “alternativo” del Poli

La Repubblica – Torino / Scoperto al Poli il “nucleare dei sassi”. La fisica in crisi