La radioattività

Normalmente il chimico si interessa degli elettroni, che caratterizzano la reattività di un elemento e non del nucleo atomico; ma molto spesso anche il chimico deve utilizzare, preparare e manipolare materiali radioattivi; è perciò necessario trattare, almeno fino a un certo livello, la radioattività. Per far questo occorre prendere in considerazione il nucleo dell'atomo.

Abbiamo visto che nella tavola periodica compaiono anche elementi 'artificiali'; altri elementi sono 'instabili'.

Lo studio delle caratteristiche di questi elementi particolari è conseguente alla scoperta dei raggi X (Roentgen, 1895).

In questo settore, negli ultimi 100 anni, chimici e fisici hanno saputo:

- ottenere elementi non isolati in natura (ma di cui si potevano prevedere esistenza e caratteristiche in base alla periodicità);

- individuare, nel comportamento di alcuni elementi instabili, una caratteristica, la radioattività, che dipende specificamente da alcune proprietà dei nuclei atomici.

Un modello del nucleo è stato proposto (anche se molto semplificato) nel 1911 da Ernest Rutheford, analogo al modello attuale: il nucleo è di volume molto piccolo (rispetto a quello dell'atomo), concentra in sé quasi tutta la massa dell'atomo, è dotato di carica positiva.

Vediamo le prime tappe della scoperta e dello studio dei nuclei atomici:

Henry Becquerel (1852-1908; premio Nobel nel 1903), fisico francese, scoprì che una lastra fotografica anneriva a contatto con sali di uranio U; questo avvenne durante le sue ricerche sulla fluorescenza (24-2-1896).

Marya Sklodowska (1867-1934; premio Nobel nel 1903 e nel 1911), chimica polacca, (che sposò poi Pierre Curie, un fisico francese che collaborò poi con lei) durante ricerche sulla piezoelettricità dell'uranio, ne individuò la capacità di emettere radiazioni; scoprì la radioattività (termine da lei inventato) del torio Th; lavorando su tonnellate di pechblenda, un minerale di uranio, riuscì a isolare e caratterizzare il polonio Po (Z=84) e il radio Ra (Z=88) ambedue molto più radioattivi dell'uranio; fu la prima a rendersi conto che la radioattività comporta anche la trasformazione di un elemento in un altro.

André Louis Debierne, chimico francese scoprì nel 1899, nella pechblenda, l'attinio Ac (Z=89).

Friedrich Ernst Dorn, fisico tedesco, nel 1900 scoprì, nei prodotti di decadimento del radio Ra, un gas radioattivo, il radon Rn (Z=86); altri ricercatori, fra cui il tedesco Otto Hahn, nel 1917, il protoattinio Pa (Z=91).

James Chadwick (1891-1974; premio Nobel nel 1935) scoprì nel 1932 che si potevano ottenere ioni H⁺ (protoni) p per bombardamento a di certi materiali: riscontrò che la carica positiva del protone ha lo stesso valore di quella negativa dell'elettrone. Scoprì anche che, per bombardamento a di elementi leggeri (B, Be) si ottenevano particelle senza carica e di massa circa eguale a 1 u.m.a., che furono chiamate neutroni n. Dedusse perciò che protoni e neutroni fossero costituenti del nucleo.

Le particelle costituenti il nucleo, in particolare neutroni e protoni, sono chiamate in generale nucleoni; i nucleoni possono essere soggetti a mutue relazioni:

Sappiamo che ogni atomo è caratterizzato dal numero atomico Z, che rappresenta il numero di protoni nel nucleo (uguale al numero degli elettroni dell'atomo neutro) e dal numero di massa A che rappresenta il numero di nucleoni (protoni e neutroni) del nucleo. E' sempre A ≥ Z

Molti elementi hanno massa atomica (da non confondere col numero di massa!) non sempre vicina all'unità (per esempio Cl 35.45; H 1.008; Ni 58.71). Ciò è dovuto alla possibilità di esistenza di nuclei con eguale Z (perciò chimicamente eguali) e diverso A (perciò con diverso numero di neutroni nel nucleo).

Questi nuclidi di uno stesso elemento si chiamano isotopi.

I nuclidi sono i tipi di nuclei che prendiamo in considerazione: potremo distinguerli secondo diverse tipologie:

isotopi (dal greco iso-topos = eguale posto, nella tavola periodica, dato che si tratta di atomi con lo stesso nome), con eguale Z ed A diverso (per esempio ¹₁H, ²₁H; oppure ¹²₆C, ¹³₆C) , che per noi chimici sono i più importanti

isobari: (dal greco iso-baros = con lo stesso peso), con Z diverso, (perciò chimicamente diversi) ed A uguale (⁴⁰₁₈Ar, ⁴⁰₁₉K, ⁴⁰₂₀Ca)

isotoni: (con lo stesso numero di neutroni), cioè con A-Z uguale (per esempio ²₁H, ³₂He)

Nella figura sono riportati, in funzione di Z e di A, tutti i nuclidi stabili, cioè tutti quelli riscontrati in natura; mancano perciò quelli artificiali e quelli radioattivi; in particolare si può notare la mancanza di Z=43 (tecnezio Tc) e di Z=61 (promezio Pm), artificiali, benché a Z relativamente basso (ma dispari per ambedue). Il grafico si ferma a Z=83 (bismuto Bi), poiché tutti i nuclidi con Z>83 sono instabili e radioattivi, e molti di essi artificiali.

Le ricerche per conoscere a fondo il nucleo sono in veloce evoluzione. Sappiamo che occorre energia per scindere il nucleo in nucleoni: questi infatti, nel nucleo, hanno massa minore di quando sono liberi e in quiete, in base alla relazione  E = mc² (c, velocità della luce nel vuoto = 3 x 10⁸ m s^-1): il difetto di massa corrisponde alla energia con cui i nucleoni sono legati: la massa dei nucleoni liberi e in quiete (senza energia cinetica) è:

per il neutrone n: 1.008665 u.m.a.             

per il protone p: 1.007825 u.m.a.

Il difetto di massa può venire espresso, utilizzando la relazione precedente, anche in differenza di energia ΔE.

In tal caso il valore è di circa ΔE = 8-9 MeV/nucleone e, ricordando che 1 eV = 1.6 x 10^-19 J, possiamo capire quanto alta sia questa energia se consideriamo, come riferimento, una reazione chimica ad alta energia, come quella tra idrogeno e fluoro

                    H + F → HF + 465 KJ/mole

In questo caso l'energia in gioco per ogni atomo sarà:

465 x 10³ J / 6.023 x 10²³ ≈ 8 x 10^-19 J / atomo ≈5 eV/atomo.

Si tratta di un'energia circa due milioni di volte superiore; non solo: è bene ricordare che in un atomo ci sono più nucleoni!

Per quanto riguarda le forze che tengono assieme i nucleoni, si sa che sono efficaci a breve distanza (fra 2.5 e 0.5 Fermi, in cui l'unità Fermi, usata dai fisici nucleari, corrisponde a 10^-13 cm); sotto 0.5 Fermi predominano le forze di repulsione; per la stabilità si ipotizzano scambi di particelle 'mesoni' di cui si è accertata l'esistenza.

Le ricerche nel campo della fisica nucleare sono in velocissima evoluzione e vengono scoperte particelle nuove molto frequentemente; ma, almeno per ora, non c'è un modello soddisfacente per il nucleo come quello per l'atomo visto dal punto di vista chimico. 

Sono state individuate particelle come mesoni, leptoni, muoni, bosoni, neutrini, barioni, tauoni, pioni, adroni, quark; questi ultimi sembrano essere i 'mattoni', che inizialmente si ipotizzava fossero 3 (il termine quark è tratto da un brano di James Joyce in cui un personaggio chiedeva 'tre quark di birra') e che attualmente pare siano 6; ma sono veramente loro i 'mattoni' della materia?

Limitiamoci per ora a fare solo alcune osservazioni:

- esistono nuclidi stabili a causa delle barriere di potenziale che impediscono la loro trasformazione;

- esistono gruppi di nuclidi stabili che possiamo caratterizzare in base alla parità o alla disparità del numero di protoni Z, di neutroni N, di nucleoni (o numero di massa) A:

Fig.11.4 Abbondanza di nuclidi in funzione del numero di protoni (Z), di neutroni (N) e di nucleoni (A) nel nucleo; l'abbondanza di nuclidi con Z pari (223) rispetto a quelli con Z dispari è confermato dai dati in fig.44.

Neutroni e protoni tendono evidentemente ad appaiarsi, avendo un momento magnetico, e si accoppiano con quello opposto (come succede per gli elettroni).

Ci sono poi dei valori 'magici' di Z ed N, che corrispondono a nuclidi di alta stabilità e abbondanza naturale:

Z o N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.

Come esempio vengono riportati il numero di nuclidi naturali e di quelli artificiali o radioattivi rispetto ai numeri magici:

Fig.11.5 Abbondanza di nuclidi naturali e artificiali o radioattivi in funzione del numero di protoni (Z) nel nucleo.

Ma possiamo anche portare esempi di nuclidi con numero di neutroni (A-Z) uguale ai numeri magici:

Fig.11.6 Esempi di nuclidi con numero di neutroni corrispondente ad un numero magico.

Ciò farebbe pensare a una struttura simile a quella del modello elettronico dell'atomo, con i vari strati, gli ottetti, i gusci anche se non si è ancora giunti ad una 'modellizzazione' razionale e coerente.

La radioattività è una conseguenza della instabilità di alcuni nuclei: un nuclide instabile tende, emettendo radiazioni, a raggiungere la fascia di stabilità dei nuclei.

Il decadimento radioattivo può avvenire attraverso vari tipi di processi:

Fig.11.7 Tipi di processi coinvolti nel decadimento radioattivo; i primi tre comportano emissione di particelle, il quarto di radiazioni; il quinto non è un vero processo di decadimento, ma ne ha gli stessi effetti: è dovuto alla cattura di un elettrone da parte del nucleo.

emissione α : vengono emessi nuclei ⁴₂He , perciò si ha una diminuzione di 2 unità per Z e di 4 per A.

Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He      ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra+ ⁴₂He

U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He          ²³⁵₉₂U → ²³¹₉₀Th + ⁴₂He

Np → ²³³₉₁Pa + ⁴₂He

E' molto importante poiché, essendo l'unica emissione che fa variare A, permette di raggruppare i nuclidi radioattivi in 'famiglie' nelle quali A diminuisce di 4 unità ad ogni emissione; ogni emissione comporta anche un mutamento di identità chimica del nuclide, poiché Z diminuisce di 2 unità.

emissione β-: vengono emessi elettroni (dal nucleo, non si tratta degli elettroni negli orbitali!); ciò corrisponde alla reazione:              ¹₀n → ¹₁p + ⁰_-1e

perciò si ha aumento di una unità per Z, mentre A resta costante.

C → ¹⁴₇N + ⁰_-1 β-                  ²³⁴₉₁Pa → ²³⁴₉₂U + ⁰_-1 β-

H → ³₂He + ⁰_-1 β-              ²²⁵₈₈Ra → ²²⁵₈₃Ac + ⁰_-1 β-

In questa emissione si ha sempre mutamento di identità chimica, poiché cambia Z. Il simbolo usato nelle reazioni, β-, sta ad indicare un elettrone, ma si usa la simbologia fisica, per distinguerlo dagli elettroni orbitali.

emissione β+: vengono emessi positroni, particelle con la stessa massa dell'elettrone e carica opposta; si ha diminuzione di una unità per Z (scompare un protone e compare un neutrone), mentre A resta costante; corrisponde alla reazione: ¹₁p → ¹₀n + ⁰₁ β+   

C → ¹¹₅B + ⁰₁ β+

Anche in questa emissione si ha sempre mutamento di identità chimica del nuclide; il simbolo β+ corrisponde a quello precedente, ma con carica positiva.

emissione : vengono emesse non particelle ma radiazioni altamente energetiche (più dei raggi X; queste radiazioni hanno perciò lunghezza d'onda minore e frequenza maggiore dei raggi X e sono anche più penetranti e pericolose); è caratteristica di nuclei in uno stato eccitato; in genere accompagna ognuno dei tipi di decadimento visti.

        raggi :: 0.25 Å > λ > 0.001 Å              raggi X: 100 Å > λ > 0.01 Å

Th* → ²³⁴₉₀Th +

In questa emissione non c'è alcuna variazione di A né di Z; generalmente si usa indicare il nuclide con un asterisco*, che indica uno stato eccitato e perciò instabile.

cattura elettronica: non è una emissione, ma ne ha gli stessi effetti: un elettrone viene catturato dal nucleo e si lega con un protone; perciò Z diminuisce di una unità, A resta costante; corrisponde alla reazione

                ¹₁p + ⁰_-1e → ¹₀n                 ¹⁹⁵₇₉Au + ⁰_-1e → ¹⁹⁵₇₈Pt

Se i nuclidi che decadono esistono in natura allora siamo in presenza di radioattività naturale; se invece si tratta di nuclidi instabili prodotti artificialmente, allora si tratta di radioattività artificiale o indotta.

Tutti i nuclidi con Z > 83 sono radioattivi, ma anche altri lo sono; per esempio: ⁴⁰₁₉K (emissione β-); ⁹⁹₄₃Tc, ¹⁴⁷₆₁Pm (artificiali).

Gli isotopi radioattivi naturali possono essere raggruppati in 3 famiglie, con un capostipite da cui prendono il nome; poiché le emissioni che portano a variazione di A (oltre che di Z) sono le α, ogni isotopo avrà A con differenza di 4 rispetto al predecessore: avremo così le seguenti famiglie, identificabili, oltre che col nome del capostipite, con una espressione algebrica che esprime il numero di massa di ogni membro della famiglia con n variabile (per semplicità saranno indicati solo i numeri di massa; Z è comunque identificato dal simbolo dell'elemento):

(4n+2) del Torio 234: ²³⁴Th, ²³⁴Pa, ²³⁴U, ²³⁰Th, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁸Po, ²¹⁸At, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, ²¹⁴Po, ²¹⁰Ti, ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi, ²¹⁰Po, ²⁰⁶Ti, ²⁰⁶Pb.

(4n) del Torio 232: parte da ²³²Th e termina con ²⁰⁸Pb.

(4n+3) dell'Uranio 235: parte da ²³⁵U e termina con ²⁰⁷Pb.

E' interessante notare che tutte queste tre famiglie terminano con un isotopo del Pb, elemento che è evidentemente molto stabile; ricordando le tabelle dell'abbondanza di nuclidi (figg. 11.3, 11.5, 11.6), Pb ha Z=82, pari.

Manca però una serie, quella (4n+1). Evidentemente non esiste più un capostipite di questa famiglia, perciò essa deve essersi esaurita.

Per capire perché, occorre introdurre un nuovo concetto che riguarda il tempo di vita del sistema; per conoscerlo si considera una grandezza, il tempo di dimezzamento t_1/2.

t_1/2 rappresenta, in questo caso, il tempo che una certa quantità di un nuclide impiega per ridurre a metà il numero di nuclei radioattivi; questa grandezza può essere enorme, ma anche piccolissima. Per i capostipiti delle famiglie già viste i tempi sono:

Fig.11.8 Tempi di dimezzamento dei nuclidi progenitori delle tre famiglie attualmente esistenti.

Un nuclide intermedio con t_1/2 basso, dovrebbe sparire; invece continua ad esistere finché il progenitore, con alto t_1/2, lo genera.

La famiglia mancante (non possono esisterne altre) è stata ricostruita artificialmente; il suo capostipite ²³⁷Np infatti si è ormai esaurito in natura poiché ha un t_1/2 più basso, 2.2 x 10⁶ anni.

La famiglia si chiama perciò:

(4n+1) del Neptunio 237: parte da ²³⁷Np e termina con ²⁰⁹Bi. E' l'unica che termina con un isotopo stabile che non sia del Pb.

Abbiamo visto che nella tabella periodica compaiono molti elementi artificiali, in particolare gli ultimi, con Z molto alto; questi sono stati preparati in piccole quantità mediante bombardamenti nucleari: si utilizzano neutroni che bombardano nuclei pesanti come ²³⁸U: i neutroni, soprattutto se decelerati, entrano facilmente nel nucleo, poiché, non avendo carica, non subiscono repulsione da parte del nucleo; il nuovo nuclide però può avere troppi neutroni nel nucleo (può uscire cioè dalla fascia di stabilità): in questo caso può subire, per esempio, decadimento b-, che fa abbassare il rapporto n/p, facendo aumentare Z di una unità.

^A_ZM + ¹₀n → ^A+1_ZM* → ^A+1_Z+1M   + ⁰_-1 β -

Attraverso reazioni successive si può arrivare fino a Z = 100, con rese soddisfacenti.

Per elementi con Z > 100, si bombardano elementi transuranici, anziché con neutroni lenti, con piccoli nuclei accelerati in acceleratori di particelle.

Alcuni esempi:

Es + ⁴₂He → ²⁵⁶₁₀₁Md + ¹₀n

Cm + ¹³₆C → ²⁵⁵₁₀₂No + 4 ¹₀n

Am + ¹⁸₈O → ²⁵⁶₁₀₃Lw + 5 ¹₀n

Cf + ¹³₆C → ²⁵⁹₁₀₄Ku + 3 ¹₀n

Am + ²²₁₀Na Ha + 4 ¹₀n

Cf + ¹⁸₈O → ²⁶³₁₀₆Unh + 4 ¹₀n

La difficoltà maggiore sta nel t_1/2 di questi nuovi elementi, che è molto basso: con ogni probabilità siamo ai limiti delle possibilità di preparazione; basti pensare che mentre per ²⁵⁷₁₀₀Fm il t_1/2 = 85 giorni, per elementi con Z superiori, il t_1/2 va diminuendo da 90 minuti (per Md, Z=101) fino a 0.9 secondi (per Unh, Z=106).

Abbiamo parlato spesso di tempo di dimezzamento t_1/2; ma secondo quale legge avviene il decadimento radioattivo?

Si dice che la velocità è 'cineticamente del I° ordine' poiché dipende solo dal numero N di nuclei instabili presenti                 

-dN /dt=λN

Nella legge del decadimento, dN è la quantità di nuclei decomposta nel tempo dt;

dN /dt rappresenta la velocità di decadimento (che è negativa poiché il numero di nuclei radioattivi diminuisce nel tempo). Questa velocità è proporzionale, secondo la costante λ, al numero N di nuclei instabili.

Integriamo l'equazione differenziale che rappresenta la velocità:

-dN /N =λ dt

l'integrale è ln N₀ /N =λ t

in cui N₀ è il numero di nuclei instabili al tempo t=0.

Si preferisce parlare di tempo di dimezzamento t_1/2 anzichè di λ.

Se poniamo perciò N = N₀/2 (numero di nuclei corrispondente alla metà di quelli iniziali), allora, per la definizione di tempo di dimezzamento, il tempo corrispondente è t_1/2.

Sviluppando e passando ai logaritmi decimali si ottiene che

t_1/2 = (2.303/l) lg 2= 0.693/λ.

Da questa semplice relazione è possibile perciò conoscere t_1/2 se si conosce la costante specifica di velocità λ o viceversa.

Quando l'organismo muore e non assimila più carbonio, inizia a cambiare il rapporto ¹⁴C / ¹²C, poiché, mentre rimane costante la quantità di ¹²C, l'isotopo radioattivo mano a mano scompare. Il t_1/2 = 5670 anni.

Basta così determinare il rapporto ¹⁴₆C /¹²₆C per sapere da quanto tempo è morto l'organismo.

E' stato un grande progresso, ma occorre ricordare che, quando il numero di anni è molto alto la misura è difficoltosa e sempre meno precisa (si parte da un rapporto iniziale ¹⁴C/¹²C ≈10^-12!); non si può, attualmente, avere dati attendibili superiori a 6-7 t1/2 (35000 anni). Inoltre il metodo si basa sull'ipotesi che il rapporto ¹⁴C / ¹²C sia sempre stato lo stesso.

Abbiamo già osservato che l'energia insita nei legami nucleari è enorme: è chiaro che è molto vantaggioso poter sfruttare reazioni nucleari per ottenere energia.

Abbiamo 2 tipi di processi nucleari possibili: la fissione e la fusione

Fissione: corrisponde alla scissione di nuclei pesanti in nuclei più leggeri. Per esempio:

U + ¹₀n → ⁹³₃₆Kr + ¹⁴⁰₅₆Ba+ 3 ¹₀n

U + ¹₀n → ⁹⁰₃₈Sr + ¹⁴⁴₅₄Xe+ 2 ¹₀n

L'uranio 235, bombardato con neutroni, si scinde in due parti, con emissione di neutroni in quantità maggiore di quelli assorbiti.

Ma nell'U naturale ci sono pochi ²³⁵U (≈ 7/1000); è conveniente perciò bombardare materiali 'fertili' (capaci di produrre altri nuclidi) per ottenere materiali 'fissili' (adatti alla fissione).

U + ¹₀n → ²³⁹₉₄Pu                 ²³²_9Th + ¹₀n → ²³³₉₂U

E' ciò che avviene nei cosiddetti 'reattori veloci' o 'breeder', in cui vengono utilizzati neutroni prodotti in eccesso da altri reattori.

Nelle precedenti reazioni di fissione si formano più neutroni di quelli consumati: se quelli prodotti in eccesso rispetto a 1 non vengono dispersi o bloccati (o se non si controlla la quantità di materiale fissile, mantenendola sotto il limite chiamato 'massa critica') si ha una reazione nucleare a catena di tipo esplosivo, dato che ogni fissione produce una grande quantità di energia.

Questo avviene quando il numero di neutroni prodotti supera, anche se di poco, quello dei neutroni usati; se invece il sistema è controllato mediante variazione del numero di barre di materiale fissile inserite nel reattore, si può controllare l'energia prodotta: si tratta allora di una reazione nucleare controllata, come avviene in reattori nucleari o nelle pile atomiche (il primo reattore nucleare è del 1942, costruito come una 'pila' di mattoni di U e grafite da Enrico Fermi nella palestra dell'Università di Chicago), in cui l'energia sviluppata dalla reazione nucleare viene recuperata come calore e trasformata in forme di energia più facilmente utilizzabili e trasferibili, come quella elettrica (centrali elettriche termonucleari).

Purtroppo le reazioni nucleari sono state sfruttate anche per scopi non pacifici: la cosiddetta 'bomba atomica' era costituita da due masse, inferiori a quella critica, che venivano messe a contatto mediante una carica esplosiva, così che la massa totale superasse quella critica.

Nella gestione dei reattori nucleari esiste il grosso problema delle scorie radioattive, per quanto riguarda sia lo smaltimento, sia l'arricchimento, che comporta il loro trasporto nei pochi stabilimenti capaci di farlo. Infatti le barre che vengono usate nei reattori tradizionali (non i breeder, che sono pochissimi), dopo un certo tempo si impoveriscono di materiale fissile, tanto da non poter venire più usate; tuttavia ne contengono ancora molto, oltre ad altri prodotti di decadimento e sono pericolosamente radioattive.

Fusione: corrisponde alla unione di atomi leggeri per formarne di più pesanti. La produzione di energia è il risultato della diminuzione di massa totale del sistema nucleare, secondo la nota relazione tra massa ed energia E=mc².

Sarebbe una fonte di energia praticamente inesauribile. Anche in questo caso la fusione incontrollata può essere esplosiva: la prima volta che fu utilizzata fu nel 1952 (bomba H) nell'atollo di Bikini, in cui venne usata una bomba atomica per innescare la reazione di fusione.

Perché la fusione avvenga occorre portare la temperatura di un gas di particelle cariche ad alta densità (plasma) fino a milioni di gradi; così infatti aumenta la probabilità che avvengano le reazioni. Alcune di queste possibili reazioni sono:

H + ²₁H → ³₂He + ¹₀n + 3.2 MeV

H + ²₁H → ³₂He + ¹₁p + 4.0 MeV

H + ³₁H  He + ¹₀n +17.6 MeV

H + ³₂He  → ⁴₂He + ¹₁p +18.3 MeV

Li + ³₂He  → ⁴₂He + ⁴₂He + ¹₁p +16.9 MeV

Li + 11p  → ³₂He + ⁴₂He + 4.0 MeV

Li + ²₁H  → ⁷₃Li + ¹₁p + 5.0 MeV

Li + ²₁H  → ⁴₂He + ⁴₂He +22.0 MeV

La temperatura di innesco, detta temperatura di ignizione, della reazione che avviene a temperatura più bassa è 4x10⁷ °C.

Nella bomba H la reazione veniva innescata da una bomba atomica, che forniva sia la T di ignizione che la densità del plasma, a causa della compressione istantanea dovuta all'esplosione.

Occorre tenere presente che, date le temperature elevatissime, nessun materiale può essere usato per costruire recipienti per il plasma; ma trattandosi di un gas di particelle cariche (elettroni, ioni), il plasma viene costretto entro elevatissimi campi magnetici o elettrici; aumentando l'intensità del campo è possibile aumentare la densità del plasma fino al livello voluto.

Esistono molti tipi di apparecchiature sperimentali, in U.S.A., URSS, G.B., Italia e molti principi operativi, con campi magnetici per il contenimento, con raggi laser per l'ignizione, a deuterio solido, recentemente anche con impulsi di raggi X, etc. In Italia si sono ottenuti ottimi risultati con il Tokamak, usato anche in Russia. Il ritardo nel raggiungimento delle condizioni operative per una utilizzazione pratica (e pacifica) della fusione è dovuto appunto alle condizioni estremamente critiche in cui si deve operare.

Resta il fatto che il combustibile sarebbe reperibile ovunque e perciò 'a disposizione' di tutti: il potere economico, in questo caso, starebbe nel 'know how' tecnologico e non nel possesso di pozzi petroliferi o di miniere di uranio.

Oltre all'enorme quantità di energia disponibile, la fusione presenta anche il vantaggio della 'pulizia' del reattore: non produce scorie radioattive (l'unico può essere il trizio ³₁H, che è però anche un combustibile della fusione e sarebbe perciò possibile trovare le condizioni adatte perché venga del tutto consumato) e non può provocare incidenti: infatti, mentre in un reattore nucleare, se il controllo non è adeguato, si innesca una reazione a catena esplosiva (vedi Chernobyl, Tree Miles Island), in un reattore a fusione, qualsiasi difetto provocherebbe la caduta della temperatura o della densità del plasma, con disinnesco istantaneo della reazione.

Poichè in alcune reazioni di fusione si producono protoni e neutroni ad alta energia, il sistema potrebbe venire accoppiato con un reattore nucleare o con un acceleratore in cui quelle particelle possano venire utilizzate; oppure si potrebbe produrre energia elettrica assorbendo l'energia dei neutroni su uno schermo di Li liquido e recuperando il calore con uno scambiatore di calore.

Poi è arrivata la notizia della 'fusione fredda', che ha messo in crisi il modello costruito dai fisici per la fusione 'calda'. Dopo le grandi polemiche iniziali (veniva messo in crisi anche il sistema di finanziamenti, enormi, di cui godono i centri di ricerca sulla fusione), nel massimo silenzio, molte nazioni stanno lavorando in questo campo. Potrebbe essere la soluzione del problema energetico mondiale?