Fissione e fusione nucleare: fissione dell'uranio-235, reazione a catena e massa critica, centrali nucleari (controllo), fusione nelle stelle (catena protone-protone), fusione controllata (ITER e tokamak)

Fissione e reazione a catena

La fissione nucleare divide un nucleo pesante in due più leggeri. L'uranio-235 ($^{235}\text{U}$) assorbe un neutrone lento e forma $^{236}\text{U}$, instabile; si producono frammenti, 2–3 neutroni e energia. La massa finale è minore: il difetto di massa $\Delta m$ si converte in energia secondo $E=\Delta m\,c^2$. I neutroni liberati possono innescare una reazione a catena; perché si autosostenga serve la massa critica, mentre nei reattori il processo va controllato.

Controllo e fusione

In centrale il moderatore rallenta i neutroni, mentre le barre di controllo (cadmio o boro) li assorbono. La fusione unisce nuclei leggeri: nel Sole la catena protone-protone parte da $^{1}_{1}\text{H}+^{1}_{1}\text{H}\rightarrow^{2}_{1}\text{H}+e^{+}+\nu_e$. Occorrono temperature altissime per vincere la repulsione coulombiana tra protoni.

Fusione controllata

• Sulla Terra il plasma di deuterio e trizio è confinato magneticamente nel tokamak, come nel progetto ITER, tramite la forza di Lorentz $\vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$. Il confinamento impedisce al plasma di toccare le pareti. La fusione libera molta energia per unità di massa e non produce scorie radioattive a lunga vita.