L'idrogeno: Multimedia

| Home | Documenti | Multimedia | Video | Test |

Una bellissima risorsa interattiva sulla fusione nucleare. Davvero completa e articolata, ma sviluppata con un linguaggio adatto a tutti.

Un click sull'immagine, per attivare la risorsa, poi procedete facendo click sulla freccia in basso a destra.

Buon lavoro! :)

Tutta la materia è costituita da atomi, che sono composti da un nucleo, con gli elettroni caricati negativamente intorno ad esso, in moto circolare. Il nucleo è composto di protoni, che hanno una carica positiva e neutroni, che non hanno carica.

Deuterio e trizio sono isotopi di idrogeno. Ciò significa che essi differiscono dall’idrogeno solo nella quantità di neutroni nei loro nuclei.

Il deuterio ha un neutrone in più, il trizio due.

La fissione nucleare è un processo in cui un atomo pesante è diviso in parti più piccole da un neutrone. Energia e neutroni vengono liberati.

Il trizio ha un tempo di dimezzamento di 12,3 anni, il che significa che dopo tale periodo, la metà del trizio originale è scomparso. Quando si disintegra, emette un elettrone (radiazione beta) di bassa energia.

La fusione nucleare è un processo in cui due atomi leggeri si fondono insieme per dare luogo ad uno più grande. Durante questo processo, una grande quantità di energia viene rilasciata, che proviene dalle forze che agiscono nel nucleo.

Nell’ animazione, un nucleo di deuterio (un isotopo dell'idrogeno), si fonde con un nucleo di trizio (un altro isotopo dell'idrogeno) per formare un nucleo di elio più un altro neutrone.

All'interno di un reattore a fusione, il trizio è prodotto dal litio, un metallo leggero.

I neutroni liberati nel processo di fusione trasformano il litio in elio e trizio.

I protoni in un nucleo hanno una carica positiva. Ciò significa che quando due nuclei si avvicinano, le forze elettriche tendono a spingere lontano l'uno dall'altro.

Se due nuclei sono costretti ad essere molto vicini, le forze nucleari forti possono cominciare ad agire ed i due nuclei sono improvvisamente attratti l'uno dall'altro. Per ottenere che i nuclei possano avvicinarsi abbastanza da prevalere sulle forze elettriche repulsive, occorre che entrino in collisione con una velocità molto elevata. Ciò significa che le particelle devono avere una temperatura molto alta: in un reattore a fusione, la temperatura è di 150 milioni di gradi. A quella temperatura, i nuclei di idrogeno si muovono ad altissima velocità (un migliaio di chilometri al secondo).

In un cubetto di ghiaccio, gli atomi sono disposti regolarmente e hanno una posizione fissa, il che costituisce un materiale solido. Quando viene riscaldato, si scioglie e diventa liquido: le molecole possono spostarsi liberamente. A temperature ancora più alte, l'acqua evapora e forma un gas, denominato vapore. Se continuiamo di riscaldamento, le molecole di acqua si scindono in atomi di ossigeno e atomi di idrogeno. E a temperature ancora più alte, gli stessi atomi si scindono in nuclei ed elettroni liberi. Questo stato è chiamato plasma.

In un plasma, tutte le particelle si muovono in tutte le direzioni. Se è presente un campo magnetico, le particelle cariche nel plasma seguiranno le linee del campo magnetico, come fossero guidate da una rotaia. In questo modo possiamo mantenere il plasma lontano dalle pareti del suo contenitore.

Se le bobine toroidali sono attive, viene generato un campo magnetico che segue la direzione del toro. Le particelle sono costrette a seguire le linee di questo campo magnetico, ma vi è un effetto sottile che spinge gli elettroni ad andare alla deriva verso l'alto, ed i nuclei ad andare alla deriva verso il basso. Attraverso questo effetto, il confinamento del plasma tende a perdersi.

Se un flusso di corrente attraverso il plasma, la corrente genera un campo magnetico che si snoda attorno al toro. Anche se le particelle sono limitate da queste linee di campo magnetico, il plasma nel suo complesso è instabile, e si avvia rapidamente a destabilizzarsi: dopo breve tempo, le particelle tendono a sfuggirlo.

Se, invece, sia la corrente di plasma che le bobine toroidali sono attive, i due campi che vengono generati formano un campo magnetico che si snoda attorno al toro, in modo elicoidale. Inoltre, l'equilibrio è raggiunto con l'aggiunta di un campo verticale generato da bobine di campo poloidale. La separazione delle particelle non è più possibile, in quanto la parte superiore del plasma è mescolata con la parte inferiore. Ciò fornisce un confinamento molto efficace.

Usa i pulsanti per vedere come reagiscono le particelle!

Una centrale a fusione è costituita da molte parti differenti: il plasma, il sistema di alimentazione, i magneti, il contenitore, gli scambiatori di calore, la turbina a vapore e molti altri.

Usa il mouse per vedere le relazioni tra i vari componenti (basta passare sopra l'immagine).

Per raggiungere la temperatura estremamente elevata di 100 milioni di gradi, diversi metodi di riscaldamento vengono utilizzati: una corrente elettrica attraversa il plasma, fasci di particelle ad alta energia e la radiazione a microonde. In pratica tutte le tecniche sono usate insieme, poiché servono anche come modo per influenzare il comportamento del plasma.

Nella fusione inerziale una piccola pastiglia di una miscela di deuterio e trizio congelata è riscaldata da tutti i lati da potenti laser o impulsi di ioni. Lo strato esterno della pastiglia diventa velocemente molto caldo. Questo fa sì che la parte interna della pastiglia viene compressa molto rapidamente con una pressione enorme. La compressione provoca un aumento tale della temperatura e della densità del resto della pastiglia che il deuterio e il trizio fondono.