Combustibili e risorse
Le reazioni nucleari di interesse per la fusione sono, quindi,
quelle che coinvolgono i nuclei più leggeri, cioè i nuclei dell'
idrogeno e dei suoi isotopi.
In particolare, la reazione di interesse più immediato è quella
che si verifica tra i nuclei di due forme pesanti dell' idrogeno, gli isotopi
deutero
e trizio (a temperature di 100 milioni di gradi):
deutero + trizio = elio4 + neutrone + 17.5 MeV di energia
Questa reazione è la più facile da realizzare
ed è anche la più efficiente al fine della produzione di
energia.
Prodotti della reazione sono l'elio4, isotopo dell'elio, detto anche
particella alfa che porta, sotto forma di energia cinetica, 1/5 dell'energia
totale prodotta nella reazione (3,5 MeV) e un neutrone che ne porta i 4/5 (14,1
MeV).
Il deuterio è abbondante nell' acqua di mare (30 g /m3) mentre il trizio, materiale radioattivo con un tempo di dimezzamento di 12.36 anni, non esiste in quantità apprezzabili in natura e deve quindi essere generato.
Nel futuro reattore a fusione i neutroni, che trasportano l' 80% dell' energia prodotta, saranno assorbiti in un "mantello", posto intorno al nocciolo del reattore stesso, contenente litio ( Li ), che si trasforma in trizio ed elio secondo le reazioni:
Li17 + n = He4 + T + n* - 2.5 MeV
Li6 + n = He4 + T + 4.86 MeV
(dove n* = neutrone lento)
Il litio naturale (di composizione 92.5% Li7, 7.5%
Li6) abbonda nelle rocce della crosta terrestre (30 parti su un milione
per unità di peso) ed è presente, in concentrazione minore, anche
negli oceani.
Il "mantello" di litio contribuisce insieme ad altri materiali a moderare
i neutroni.
Altre reazioni esoenergetiche Altre reazioni esoenergetiche sono di interesse per la fusione termonucleare controllata, cioè le reazioni che coinvolgono nuclei di deuterio e di elio.
Esse richiedono condizioni piu' spinte per il plasma (p. es. temperature molto piu' elevate di 100 milioni di gradi), e quindi piu' difficili da realizzare, ma sono sicuramente importanti ai fini del reattore a fusione del futuro piu' lontano, perche' evitano o limitano fortemente il flusso di neutroni. Sono i neutroni infatti che rendono radiattivi i materiali che compongono il reattore.
Probabilità di reazione in funzione della temperatura Nella figura "probabilita' di reazione" significa che il suo valore (per ciascuna delle reazioni di fusione indicate) moltiplicato per le densita' dei nuclei interagenti da' il numero di reazioni di fusione per unita' di tempo e unita' di volume.
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