Fisica · Fisica moderna
Il combustibile inesauribile che finisce prima
Della fusione nucleare si dice che liberi più energia della fissione e che il suo combustibile sia praticamente inesauribile, perché l'idrogeno pesante, il deuterio, si estrae dall'acqua del mare. Si confrontano tre processi.
- Fissione dell'uranio 235: 200 MeV per nucleo fissionato, di massa 235 u. In un reattore autofertilizzante tutto l'uranio naturale viene convertito in materiale fissile, e ogni nucleo di uranio, di massa 238 u, libera in media 200 MeV.
- Fusione deuterio-trizio, $^{2}\text{H}+{}^{3}\text{H}\to{}^{4}\text{He}+n$: 17,6 MeV per 5 u di reagenti.
- Fusione deuterio-deuterio, mediata sui due canali possibili: 3,65 MeV per 4 u di reagenti.
Il trizio non esiste in natura, perché ha un tempo di dimezzamento di dodici anni. Nei reattori a fusione deuterio-trizio lo si produce facendo assorbire a un nucleo di litio 6 il neutrone liberato dalla fusione: $n+{}^{6}\text{Li}\to{}^{3}\text{H}+{}^{4}\text{He}$. Il deuterio si estrae dall'acqua di mare, il litio e l'uranio dalle riserve minerarie.
Dati
- unità di massa atomica $1{,}661\cdot10^{-27}$ kg; carica elementare $1{,}602\cdot10^{-19}$ C
- litio naturale: 7,5 % di litio 6 (per semplicità si usi la percentuale come frazione in massa)
- riserve: uranio $8\cdot10^{9}$ kg; litio $2{,}2\cdot10^{10}$ kg
- deuterio nell'acqua di mare: 33 g/m³; volume degli oceani $1{,}35\cdot10^{18}$ m³
- consumo mondiale di energia primaria, supposto costante: $6\cdot10^{20}$ J all'anno
Ipotesi
- Si confrontano energie liberate, senza rendimenti di conversione né perdite.
- Le riserve indicate sono interamente estraibili; la fissione avviene in reattori autofertilizzanti.
- Il ciclo del trizio è chiuso esattamente: tutto il trizio che brucia viene rigenerato dal litio 6, e il litio 7 non partecipa.
Si ordinano i tre processi in due graduatorie: la prima per energia liberata per chilogrammo di reagenti, la seconda per numero di anni per cui le riserve indicate coprirebbero da sole il consumo mondiale. Come cambia la posizione della fusione deuterio-trizio passando dalla prima alla seconda graduatoria?
