Gli scienziati ritengono che il futuro della vita sulla Terra si giocherà indubbiamente sulla velocità di abbattimento totale delle emissioni di “gas serra” nell’atmosfera terrestre e sull’utilizzo immediato di fonti energetiche alternative davvero efficienti e funzionali. Gli esperti sanno bene che l’energia eolica, idroelettrica e fotovoltaica, con le tutte le loro varianti possibili e immaginabili, potranno al massimo garantire il 5% della produzione dell’energia elettrica mondiale nel XXI Secolo. Al ritmo vertiginoso di crescita economica della Cina (8-10% Pil l’anno), immaginando uno scenario non troppo fantascientifico, se non riusciremo ad arrestare le emissioni serra, in questo secolo firmeremo la condanna a morte della biosfera Terra.

Per soddisfare la domanda del restante 95%, se elimineremo le centrali tradizionali che utilizzano gas e petrolio (principali responsabili delle emissioni serra), avremo un’unica alternativa: le centrali elettriche a fusione-fissione nucleare.

La fusione nucleare consiste nell'unione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante. La fusione di due nuclei di idrogeno è la principale reazione che alimenta le stelle. Qualsiasi coppia di nuclei può essere forzata a fondere. Quando questo avviene il nucleo risultante ha solitamente troppi neutroni per essere stabile ed i neutroni in eccesso sono espulsi con notevole energia. I nuclei più leggeri, fondendo, producono più energia di quanta non sia servita per innescare la fusione, permettendole di auto-alimentarsi.

Nel caso opposto, nuclei pesanti con troppo pochi neutroni sono instabili e finiscono per dare origine al fenomeno di fissione nucleare: la scissione del nucleo. Al contrario della fusione, la fissione richiede talmente poca energia che avviene spontaneamente per nuclei sufficientemente pesanti. Questo non avviene invece per la fusione dove anche il nucleo di massa minore, l'idrogeno, richiede una quantità considerevole di energia per fondere.

L'energia totale contenuta in un nucleo, l'energia di legame, è notevolmente superiore all'energia che, ad esempio, lega gli elettroni al nucleo. Pertanto l'energia rilasciata nella maggior parte delle reazioni nucleari è notevolmente maggiore di quella delle reazioni chimiche. Ad esempio l'energia di ionizzazione ottenuta dall'aggiunta di un elettrone all'idrogeno è di 13.6 elettronVolt mentre l'energia che viene rilasciata dalla reazione D-T mostrata in seguito è pari a 17 MeV (più di un milione di volte).

La fusione è la fonte di energia del Sole e delle altre stelle, in cui il combustibile è confinato dalla forza della sua stessa gravità. Nelle stelle di massa inferiore o uguale a quella del Sole, prevale la reazione a catena protone-protone, in stelle di massa maggiore è invece predominante il ciclo CNO. Entrambe queste reazioni hanno temperature di soglia considerevolmente maggiori e pertanto velocità di reazione inferiori rispetto a quelle oggetto di studio sulla Terra.

Per la realizzazione di reattori a fusione, il primo problema è quello di individuare reazioni aventi una bassa energia di soglia. Questo significa un criterio di Lawson inferiore e quindi un minor sforzo iniziale. Il secondo problema è rappresentato dalla produzione di neutroni, difficili, ma non impossibili, da gestire e controllare. Le reazioni che non liberano neutroni, dette pertanto a-neutroniche, sono di grande interesse, ma anche quelle che liberano neutroni a bassa energia sono egualmente interessanti.

Il Progetto Iter (che in origine significava International Thermonuclear Experimental Reactor, ed in seguito è stato usato con il significato originale latino, cammino) è un progetto internazionale che ambisce a costruire un reattore a fusione che produca più energia di quanta ne consumi. L'Iter è un reattore deuterio-trizio che genera atomi di elio-4 e un neutrone. Verrà costruito a Cadarache, nel Sud della Francia da un consorzio di Unione Europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d'America,India e Corea del Sud. Costerà 10 miliardi di euro.

Il reattore a fusione ITER è una sperimentazione che porterà le soluzioni tecnologiche adottate vicino a quelle necessarie per la futura centrale elettrica a fusione. I dati tecnici parlano chiaro: altezza 24 metri, larghezza 30 metri, temperatura di fusione 150 milioni di gradi Celsius, produrrà energia termica fino a una potenza di 500 Mw, plasma di fusione toroidale con un volume di 800 m3, confinamento del plasma mediante campi magnetici di diversi Tesla, produzione di energia per un tempo consistente.

Iter produrrà energia in quantità da cinque a dieci volte superiore a quella necessaria per mantenere il plasma a temperatura di fusione, questo superamento della soglia della convenienza energetica del reattore è un obiettivo primario fino ad ora non raggiunto e che prospetta un uso energetico della fusione. Comunque è importante mettere in evidenza che la potenza generata non potrà essere utilizzata per la produzione di energia elettrica.

Il primo plasma dovrebbe essere generato, secondo la tabella di marcia 2006, entro la fine del 2016 e dovrebbe portare le sperimentazioni verso un mantenimento di questo stato per qualche minuto. Secondo alcuni è un grande passo avanti in quanto le scorie radioattive generate sono di scarsa entità. In particolare il neutrone che dalla fusione di Trizio e Deuterio si genera viene catturato da litio liquido che genera per fissione un atomo di trizio. Il litio viene messo come schermo intorno alla camera di fusione.

Le scorie prodotte sono quindi di piccola entità rispetto al quantitativo e alla pericolosità dei reattori a fissione, e sono dovute ad inefficienze del reattore, non intrinseche alla reazione utilizzata per produrre energia, che nel caso della fissione sono appunto i frammenti del nucleo di Uranio.

E’ necessario inoltre notare che le eventuali scorie radioattive sarebbero attive per un periodo non superiore ai 20 anni (il decadimento del trizio è di 13 anni) diversamente dalle scorie prodotte dalla fissione nucleare che rimangono attive per un periodo dell’ordine dei millenni.
Nel reattore vengono generati comunque neutroni che colpiscono i materiali più prossimi alla ciambella. Tali materiali oltre a infragilirsi diventano scorie radioattive. La quantità di scorie di un reattore a fusione è stimata di tre ordini di grandezza inferiore rispetto a quella di un equivalente reattore a fissione. Se costruito con i materiali giusti, il reattore a fusione si disattiva in un tempo inferiore al secolo, da confrontare con i tempi geologici per i reattori a fissione.

Per quel che riguarda la pericolosità, il reattore a fusione non ha reazioni a catena che possono fondere il nocciolo, viste le condizioni di ultrapurezza necessarie alla fusione nucleare. Basta introdurre un atomo di ferro nella camera di reazione, per spegnere tutto. In caso di incidente il peggiore isotopo che potrebbe essere messo in circolazione è il trizio, che decade in 12,3 anni; esperimenti di rilascio controllato di trizio nell'atmosfera hanno mostrato che l'attivazione del suolo nell'area contaminata scende in circa un anno al livello del background.

Gli attuali reattori a fissione consumano un grande quantitativo di uranio 235 che quindi potrebbe esaurirsi a breve (ai consumi attuali, 40 anni) mentre i reattori come l'Iter consumano il litio e il deuterio presenti in grande quantità sulla Terra.