{"id":2726,"date":"2006-11-22T00:00:00","date_gmt":"2006-11-21T23:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"2726","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/2726\/","title":{"rendered":"Desidero sapere com’\u00e8 possibile ricavare energia dall’elio 3, pi\u00f9 precisamente il perche si guarda alla Luna come possibile fonte energetica essendo un gas presente anche sulla Terra?"},"content":{"rendered":"

\nL’Elio-3 (simbolo
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/>) \u00e8 un elemento con un nucleo costituito da due protoni e un neutrone. L’atomo elettricamente neutro, pertanto avra’ due elettroni che ruotano attorno al nucleo. Per quello che riguarda la produzione di energia, per\u00f2, questi elettroni sono ininfluenti, in quanto i processi che si usano per ricavare energia dall’
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> implicano reazioni nucleari, quindi ad una scala di energia di 5 ordini di grandezza pi\u00f9 alta. Vedremo in seguito qual \u00e8 il loro effetto sulla fisica del reattore. La reazione che rende peculiare l’
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/>, \u00e8
\n\n<\/p>\n<\/p>\n

\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img4.gif”\/>\n<\/div>\n

\nladdove
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img5.gif”\/> \u00e8 un nucleo di Deuterio (1 neutrone e 1 protone) e
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img6.gif”\/> \u00e8 un nucleo di Elio 4 (2 protoni e due neutroni, \u00e8 l’isotopo pi\u00f9 comune, abbondanza relativa 99.999863%). L’energia totale rilasciata dalla reazione (il cosiddetto Q<\/b> della reazione) \u00e8 di \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img7.gif”\/>, di cui \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img8.gif”\/> sono di energia cinetica del nucleo di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img6.gif”\/> e \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img10.gif”\/> sono di energia cinetica del protone. I protoni risultanti da questa reazione possono essere “intrappolati” grazie alla loro carica elettrica, per cui la loro energia pu\u00f2 essere convertita in maniera molto efficace e diretto in energia elettrica, l’energia del nucleo di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img6.gif”\/> verr\u00e0 usata come energia termica per far funzionare, per esempio, turbine a vapore, nel modo usuale.
\n
\nLa importanza di questa reazione \u00e8 che non produce neutroni, i quali rendono radioattivi, per bombardamento, i materiali di cui \u00e8 costruito l’apparato (reattore) che sfrutta la reazione, e che non utilizza n\u00e9 produce elementi radioattivi, come \u00e8 il caso per esempio del Trizio
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img12.gif”\/>, il quale decade in
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> con emissione di elettroni energetici (e quindi ionizzanti) e neutrini (decadimento \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img14.gif”\/>); per esempio tra le reazioni che avvengono con la maggior probabilit\u00e0 nelle condizioni dei reattori nucleari si trovano le seguenti
\n\n<\/p>\n

\n<\/p>\n\n\n\n\n\n
\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img15.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img16.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img17.gif”\/><\/td>\n\n <\/td>\n<\/tr>\n
\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img18.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img16.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img20.gif”\/><\/td>\n\n <\/td>\n<\/tr>\n
\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img18.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img16.gif”\/><\/td>\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img23.gif”\/><\/td>\n\n <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n


<\/p>\n

\nda cui vediamo che nelle maggiori reazioni vengono prodotti neutroni e\/o viene prodotto o impiegato Trizio. In particolare la prima ha una grande probabilit\u00e0.<\/p>\n

\nD’altra parte, un reattore che sfrutti la reazione
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img24.gif”\/> ha alcuni problemi seri. Anzitutto la temperatura ottimale alla quale avviene la fusione di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img24.gif”\/> \u00e8 di circa \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img25.gif”\/>, contro i meno di \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img26.gif”\/> delle tre reazioni riportate sopra
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img27.gif”\/> e
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img18.gif”\/>. Questo comporta dei problemi di confinamento ancora maggiori di quelli che sono gia’ presenti per un reattore che usi Deuterio e Trizio. Altro problema \u00e8 che poich\u00e8 l’
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> viene introdotto nel reattore in forma di gas monoatomico, che \u00e8 la forma in cui si trova in natura, all’interno del reattore, oltre al nucleo di ogni atomo vengono introdotti anche i suoi elettroni. Per cui, rispetto al combistibile fatto solo di idrogeno e suoi isotopi (Deuterio, Trizio), il combustibile che si ottiene dall’Elio-3 contiene un numero doppio di elettroni. Questo comporta che, quando la miscela viene riscaldata, gli atomi di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> e di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img5.gif”\/> riscaldandosi si ionizzano (perdono i loro elettroni), e la componente elettronica del plasma (cio\u00e8 la frazione del plasma composta dai soli elettroni) causa una pressione a regime maggiore che nel caso in cui il combustibile sia solo idrogenico. Ovviamente questo rende ancora pi\u00f9 difficile la progettazione e il funzionamento di un reattore a fusione di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/>.<\/p>\n

\nInoltre tanto il
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img5.gif”\/> che l’
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> sono gassosi (per la precisione, formano un plasma ad alta temperatura) nelle condizioni in cui si pensa di sfruttare la reazione, per cui si possono avere anche, nella miscela gassosa (plasma), reazioni tra due nuclei di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img5.gif”\/>, che come abbiamo visto produce neutroni oppure Trizio. Per cui anche con questa reazione bisogna affrontare il problema delle radiazioni. A differenza del caso del combustibile fissile e dei prodotti della fissione, comunque, tale problema \u00e8 comunque meglio gestibile, in quanto i prodotti radioattivi della fusione hanno un tempo di decadimento pi\u00f9 breve, e non innescano complicate catene di decadimento. Cionondimeno, rimane uno degli ostacoli alla realizzazione di centrali a fusione nucleare.<\/p>\n

\nInfine, c’e’ il discorso sulla disponibilit\u00e0 di Elio-3 sulla Terra. In realt\u00e0 la abbondanza relativa di tale gas sul nostro pianeta \u00e8 piuttosto scarsa, sia nel mantello che in atmosfera o negli oceani. Questo \u00e8 dovuto a diverse cause, una \u00e8 per esempio la presenza di un campo magnetico abbastanza intenso: tenendo lontano il vento solare, impedisce anche al suo contenuto di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> di depositarsi sul pianeta (nell’atmosfera), tranne che in alcune zone (quelle stesse interessate dalle aurore boreali); per riferimento, l’atmosfera di Venere, pianeta privo di un forte campo magnetico, si ritiene contenga
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img37.gif”\/> tonnellate di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/>, contro le \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img39.gif”\/> tonnellate che si stima siano presenti nell’intero mantello della Terra, cio\u00e8 la quantit\u00e0 di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> che la Terra eredita dalla nebulosa solare da cui si sono formati i pianeti del nostro Sistema. Per dare un’idea della effettiva importanza di questi numeri, bisogna considerare che per coprire il fabbisogno energetico degli USA sarebbero richieste tra le 30 e le 50 tonnellate di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> all’anno.
\n
\nAd ogni modo, si ritiene che sulla Luna ci siano delle cospicue riserve di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/>, anche se non \u00e8 affatto chiaro a quanto ammontino. Sembra comunque molto probabile che l’estrazione dell’Elio-3 dal suolo lunare possa essere una impresa quantomeno ardua se non antieconomica, visto che per estrarre 70 tonnellate di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> bisognerebbe scaldare un milione di tonnellate di suolo lunare a \"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img44.gif”\/>. C’\u00e8 da dire comunque che questo sembra essere uno dei progetti parte dell’annunciato programma di esplorazione lunare da parte dell’agenzia spaziale cinese, oltre che della compagnia russa RKK Energiya<\/b>. Comunque il periodo annunciato sembra essere, in entrambi i casi, al pi\u00f9 presto nel 2015-2020. Tante cose possono succedere nel frattempo, e non tutte necessariamente confortanti, almeno in questa prospettiva. Da rammentare semplicemente la fine del programma Apollo, o del programma lunare ex-Sovietico.
\n
\nAltra possibile (ma futuristica) fonte di
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> nel nostro sistema solare potrebbe essere costituita dai giganti gassosi, cio\u00e8 Giove, Saturno, Urano e Nettuno che ereditano, come la Terra, l’Elio-3 dalla nebulosa originaria; ovviamente al momento presente questo scenario \u00e8 assolutamente al di fuori della nostra portata, molto pi\u00f9 che Venere o la Luna.
\n\n<\/p>\n

\n<\/p>\n\n


\nBibliografia<\/a>
\n<\/h2>\n
\n
\n


<\/p>\n<\/dd>\n

1<\/a>\n<\/dt>\n
Nuclear Structure and Decay Databases http:\/\/www.nndc.bnl.gov\/databases\/databases.html<\/code> <\/a>
\n<\/p>\n<\/dd>\n
2<\/a>\n<\/dt>\n
Fonti Non-Lunari di Elio-3 (Non-Lunar
\n\"<img” src=”http:\/\/www.vialattea.net\/spaw\/image\/fisica\/img1.gif”\/> Resources) http:\/\/fti.neep.wisc.edu\/pdf\/fdm967.pdf<\/code> <\/a>
\n<\/dd>\n<\/dl>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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