Fissione e fusione nucleare

Fissione e fusione sono le due reazioni nucleari che si possono utilizzare per produrre energia o per scopi bellici. Sebbene siano due fenomeni diametralmente opposti, il principio fisico sul quale si basano è esattamente il medesimo, ed è descritto dalla famosa equazione di Einstein E=mc².

La fissione nucleare consiste nella rottura di un atomo (o meglio del suo nucleo) in due parti, le cui masse sommate non raggiungono la massa originaria: la massa "mancante" si è trasformata in energia, secondo la relazione di Einstein prima citata. L'atomo di partenza deve essere di materiale fissile, ovvero adatto alla fissione nucleare. Due atomi adatti allo scopo sono l'uranio-235 e il plutonio-239. Poiché in natura l'uranio si presenta come la miscela di due isotopi (il 235 e il 238) e quello utile alla fissione (il 235, appunto) è quello meno presente, occorre effettuare un'operazione chiamata "arricchimento", finalizzata all'aumento della percentuale di uranio-235. L'atomo (o meglio il suo nucleo) originario viene bombardato da un neutrone e in seguito all'impatto si spezza in più parti liberando neutroni che vanno a colpire altri atomi, proseguendo la reazione a catena, ed energia.

La fissione è usata nella totalità delle centrali nucleari non sperimentali ed è anche il meccanismo sfruttato dalle due bombe atomiche che furono sganciate dagli USA sul Giappone (per la precisione a Hiroshima fu sganciata una bomba all'uranio, a Nagasaki una al plutonio), con la differenza che in un ordigno bellico la reazione a catena è incontrollata, invece in una centrale è (o, meglio, dovrebbe essere un fenomeno controllato).

I prodotti di risulta da tale tipo di reazione sono atomi instabili, ovvero radioattivi: tali atomi cercano di raggiungere la stabilità, e per farlo emettono radiazioni dannose per gli organismi biologici (si descriverà più accuratamente in un prossimo articolo il fenomeno del decadimento radioattivo e i suoi effetti sui viventi).

La fusione nucleare è invece il tipo di reazione che avviene in tutte le stelle. Due nuclei atomici leggeri (ad esempio il deuterio e il trizio, due isotopi dell'idrogeno) si fondono e ne formano un terzo, la cui massa è minore della somma dei due di partenza. Anche questa volta la "massa mancante" si è tramutata in energia. Questo meccanismo è molto interessante poiché consentirebbe di produrre grandi quantità di energia in modo più sicuro ed ecologico delle attuali centrali nucleari (non ci sarebbero scorie radioattive), tuttavia il meccanismo di fusione è stato riprodotto dall'uomo solo a livello sperimentale, poiché ci sono alcune grosse difficoltà tecniche attualmente difficili da superare (ad esempio le reazioni di fusione avvengono a temperature elevatissime, che rendono inadeguati i materiali a disposizione dell'uomo e costringono all'uso di forti campi magnetici che però per essere tenuti attivi consumano grosse quantità di energia, anche maggiori di quella prodotta dalla fusione stessa. Per questo motivo è allo studio la cosiddetta "fusione fredda" che sarebbe una reazione di fusione a temperature più gestibili dall'uomo e dalle tecnologie attualmente a disposizione).

L'uomo tuttavia è riuscito con successo nel realizzare bombe che sfruttino il meccanismo di fusione nucleare (le bombe H, come la bomba Zar, il più potente ordigno atomico mai realizzato), che sono decisamente più devastanti di quelle che distrussero Hiroshima e Nagasaki.