È possibile ricavare energia dai processi nucleari essenzialmente in due modi. Separando un nucleo pesante (per esempio di uranio o plutonio) in due nuclei più piccoli, oppure unendo nuclei leggeri per costituire un nucleo più grande. Nel primo caso si parla di fissione nucleare, nel secondo di fusione: entrambi i processi consentono di produrre grandi quantità di energia, grazie alla conversione di una piccola quantità di massa dei nuclei reagenti (o del singolo nucleo, nel caso della fissione) in energia, per effetto della nota relazione relativistica E = mc2 e del principio di conservazione dell’energia.
La fissione nucleare è sfruttata da decenni per la produzione di energia in molti paesi del mondo: tuttavia, se da un lato ha un basso impatto per quanto riguarda l’emissione di gas serra, presenta l’inconveniente della produzione di scorie radioattive, il cui smaltimento costituisce spesso un problema serio.
La fusione nucleare è il processo alla base del funzionamento delle stelle, ed è da molti anni oggetto di studi teorici e sperimentali per sfruttare le sue enormi potenzialità in reattori per la produzione di energia. I vantaggi principali dell’uso di reattori a fusione nucleare sono essenzialmente due: una volta a regime, potrebbero permettere di produrre enormi quantità di energia (ben superiori alle capacità dei reattori a fissione) e produrrebbero scorie con un tasso di radioattività molto più basso rispetto a quelli a fissione. Tuttavia, le sfide tecnologiche da superare per realizzare un reattore a fusione nucleare sono enormi. Negli ultimi anni, gli investimenti e i progetti di ricerca a livello globale sono cresciuti, con la nascita di importanti esperimenti internazionali: uno dei principali è ITER, in Francia, che punta a realizzare nei prossimi anni un dimostratore per un reattore a fusione. L’INFN non è coinvolto direttamente nel progetto ITER, tuttavia è impegnato nelle attività di ricerca e sviluppo tecnologico a supporto della fusione.
Il ruolo dell’Italia nella nascita e nello sviluppo della ricerca in fisica nucleare è stato di primissimo piano, grazie soprattutto alla figura di Enrico Fermi e alla sua scuola di giovani fisici creata a Roma tra la fine degli anni ’20 e gli anni ’30,
La materia ordinaria che compone tutto ciò che ci circonda, e di cui noi stessi siamo fatti, è formata da atomi. Ogni atomo è strutturato in un nucleo centrale, che contiene protoni e neutroni, intorno al quale orbitano gli elettroni.
L’astrofisica nucleare è un settore di ricerca interdisciplinare che applica i principi della fisica nucleare a sistemi astrofisici, con l’obiettivo di comprendere i processi nucleari che avvengono nell’universo.