L’energia di fusione è l’estrazione di energia dai legami tra le particelle nei nuclei degli atomi fondendo insieme quei nuclei. Per ottenere la massima energia, devono essere utilizzati elementi leggeri e isotopi come idrogeno, deuterio, trizio ed elio, sebbene ogni elemento con un numero atomico inferiore al ferro possa produrre energia netta quando fuso. La fusione è in contrasto con la fissione, il processo per cui l’energia viene generata rompendo nuclei pesanti come l’uranio o il plutonio. Entrambi sono considerati energia nucleare, ma la fissione è più facile e meglio sviluppata. Tutte le attuali centrali nucleari funzionano sulla base dell’energia di fissione, ma molti scienziati sperano che una centrale basata sull’energia di fusione sarà sviluppata prima del 2050.
Esistono bombe nucleari basate sia sull’energia di fissione che sull’energia di fusione. Le bombe A convenzionali sono basate sulla fissione, mentre le bombe H, o bombe all’idrogeno, sono basate sulla fusione. La fusione converte in modo più efficiente la materia in energia, producendo più calore e temperatura quando il processo viene incanalato in una reazione a catena. Quindi le bombe H hanno rendimenti più elevati delle bombe A, in alcuni casi più di 5,000 volte superiori. Le bombe H utilizzano un “booster” di fissione per raggiungere la temperatura richiesta per la fusione nucleare, che è di circa 20 milioni di gradi Kelvin. In una bomba H, circa l’1% della massa di reazione viene convertita direttamente in energia.
L’energia di fusione, non la fissione, è l’energia che alimenta il Sole e produce tutto il suo calore e la sua luce. Al centro del Sole, circa 4.26 milioni di tonnellate di idrogeno al secondo vengono convertiti in energia, producendo 383 yottawatt (3.83×1026 W) o 9.15×1010 megatoni di TNT al secondo. Sembra molto, ma in realtà è abbastanza mite se si tiene conto della massa totale e del volume del Sole. Il tasso di produzione di energia nel nucleo del Sole è solo di circa 0.3 W/m3 (watt per metro cubo), più di un milione di volte più debole della produzione di energia che avviene in un filamento di lampadina. Solo perché il nucleo è così grande, con un diametro equivalente a circa 20 Terre, genera così tanta energia totale.
Per diversi decenni, gli scienziati hanno lavorato per sfruttare l’energia da fusione per i bisogni dell’uomo, ma questo è difficile a causa delle alte temperature e delle pressioni coinvolte. Usando l’energia di fusione, un’unità di combustibile delle dimensioni di un piccolo cuscinetto a sfere può produrre tanta energia quanto un barile di benzina. Sfortunatamente, tutti i tentativi di generazione di energia da fusione a partire dal 2008 hanno consumato più energia di quanta ne abbiano prodotta. Esistono due approcci di base: utilizzare un campo magnetico per comprimere un plasma alla temperatura critica (fusione a confinamento magnetico) o sparare laser su un bersaglio così intenso da riscaldarlo oltre la soglia critica per la fusione (fusione a confinamento inerziale). Entrambi questi approcci hanno ricevuto finanziamenti significativi, con il National Ignition Facility (NIF) che ha tentato la fusione a confinamento inerziale e che è entrato in funzione nel 2010 e l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) che ha provato la fusione a confinamento magnetico e che è entrato in funzione nel 2018.