Fissione e fusione nucleare: le differenze tra i due fenomeni

Un nucleo pesante che si spezza e due nuclei leggeri che si uniscono sono, in fisica, due modi diversi di arrivare allo stesso risultato: liberare energia dal cuore dell’atomo. Il primo processo si chiama fissione, il secondo fusione, e sono alla base di tecnologie molto diverse tra loro: le centrali elettriche in funzione, come racconta il Recap su come funziona una centrale nucleare, e gli esperimenti di ricerca ancora in corso.

Come funziona la fissione

La fissione nucleare comincia con un urto: un neutrone colpisce il nucleo di un atomo pesante, tipicamente uranio o plutonio, e lo spezza in due nuclei più piccoli. Nel caso dell’uranio-235, ogni fissione libera circa 200 MeV di energia e in media 2,45 nuovi neutroni. Non serve che tutti questi neutroni colpiscano un altro nucleo: basta che uno solo lo faccia per mantenere la reazione a catena, mentre gli altri si perdono o vengono assorbiti senza produrre fissione. È lo stesso principio, portato a una velocità non controllata, dietro la bomba atomica di Hiroshima e Nagasaki.

Circa l’85% dell’energia liberata dalla fissione si manifesta come energia cinetica dei frammenti del nucleo spezzato, che si trasforma poi in calore.

Esempio pratico: un chilogrammo di combustibile a uranio-235 che va in fissione libera circa 82 terajoule di energia. È quel calore, generato nel reattore, a far girare le turbine di una centrale nucleare.

Come funziona la fusione

La fusione nucleare parte invece da nuclei leggeri: isotopi dell’idrogeno come il deuterio e il trizio, elementi che si trovano all’inizio della tavola periodica. Per farli unire sulla Terra bisogna scaldarli a temperature estreme, dell’ordine di 50 milioni di gradi Celsius. A quelle temperature la materia è un plasma: un gas di particelle cariche, molto rarefatto (meno di un milligrammo per metro cubo), che nel confinamento magnetico viene tenuto insieme da un campo magnetico su volumi di centinaia di metri cubi.

La configurazione a camera toroidale usata nella maggior parte dei reattori sperimentali a fusione si chiama tokamak, progettata nel 1951 dai fisici sovietici Andrei Sakharov e Igor Tamm. Ogni fusione tra un nucleo di deuterio e uno di trizio libera 17,6 MeV: meno dei 200 MeV di una singola fissione di uranio-235, ma la fusione libera più energia per unità di massa di combustibile.

Il progetto ITER, in costruzione a Saint Paul-lez-Durance in Francia, punta a portare il plasma a 150 milioni di gradi Celsius, dieci volte la temperatura del nucleo del Sole, e a produrre 500 MW di potenza da fusione a partire da 50 MW immessi per scaldare il plasma, un guadagno di energia dieci volte superiore sostenuto per 400-600 secondi. A ottobre 2026 l’assemblaggio della macchina è in corso, con componenti fabbricati dai fornitori di sei agenzie domestiche, di Cina, Unione Europea, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti. A lavori completati, il tokamak di ITER sarà il più grande mai costruito, con un volume di plasma di 830 metri cubi: una scala pensata per avvicinare, per la prima volta, le condizioni di un reattore a fusione pronto a produrre più energia di quanta ne consuma.

Due esperimenti recenti

Due risultati, in anni diversi, mostrano a che punto è la ricerca. Il 5 dicembre 2022 il National Ignition Facility del laboratorio statunitense LLNL ha condotto l’esperimento che per la prima volta ha superato il pareggio energetico scientifico nella fusione in laboratorio: i laser hanno fornito 2,05 megajoule al bersaglio, che ha prodotto 3,15 megajoule di energia da fusione. Nel gennaio 2025 il tokamak cinese EAST ha invece mantenuto un plasma in stato stazionario ad alto confinamento per 1.066 secondi, un record mondiale che supera più del doppio il precedente record di 403 secondi stabilito nel 2023.

Il confronto diretto

Per ogni singolo evento, la fissione libera più energia della fusione: 200 MeV contro 17,6 MeV. Ma se si guarda a un chilogrammo di combustibile, è la fusione a rendere di più, perché ogni grammo di deuterio e trizio contiene moltissimi più nuclei disponibili a fondersi di quanti nuclei di uranio-235 ne contenga un grammo di combustibile per fissione.

La differenza più pratica, a ottobre 2026, riguarda però l’uso: la fissione alimenta le centrali nucleari in funzione in diversi paesi, la corrente elettrica che arriva nelle case passa anche da lì. La fusione, a ottobre 2026, resta un obiettivo di ricerca: un impianto come ITER non è ancora entrato in funzione, e i risultati più avanzati sono record di laboratorio come quelli del NIF e dell’EAST, non energia distribuita su una rete.

Le scorie di lunga durata della fissione restano radioattive proprio per questo: emettono energia attraverso il decadimento radioattivo, lo stesso fenomeno spontaneo che riguarda qualunque nucleo instabile.