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Vi è un altro processo attraverso il quale è possibile trasformare la materia in energia, la fusione. Questo processo è l'opposto della fissione. Due nuclei di deuterio e di trizio, due isotopi dell'idrogeno, si saldano insieme e dalla combinazione si ottiene un nucleo di elio e un neutrone. I prodotti della fusione, però, hanno una massa più piccola dei due nuclei originali: la massa che manca nel conto si è trasformata in energia; questo è il meccanismo di produzione dell'energia irraggiata dal Sole e dalle altre stelle. La fusione di due nuclei di deuterio e di tritio, però, si può ottenere solo a temperature di almeno 100 000 000° C, per cui non si è ancora potuto ottenere sulla Terra un uso pratico di tale processo data la difficoltà di realizzare temperature così elevate. L'unico uso che se ne è già fatto è stato per scopi bellici, costruendo la spaventosa bomba H, cioè la bomba all'idrogeno, anche se sono attualmente in corso ricerche piuttosto avanzate per ottenere una fusione "controllata".