Trasporti a propulsione nucleare: fino a che punto può portarci?

Guidare auto a propulsione nucleare è  rimasto un sogno, ma Honor Powrie si chiede dove potrebbe portarci il “trasporto atomico”.

Nel 1942 i fisici di Chicago, guidati da Enrico Fermi, produssero famosamente la prima reazione a catena nucleare autosufficiente al mondo.

Ma ci vollero altri nove anni prima che l’elettricità venisse generata per la prima volta dalla fissione.

Quell’evento storico avvenne nel 1951, quando il Reattore Sperimentale Breeder-I nel sud dell’Idaho alimentò una serie di quattro lampadine da 200 watt.

La nostra capacità di sfruttare l’energia nucleare è stata in costante sviluppo da allora. Infatti, secondo la Nuclear Energy Association, nel 2024 sono stati generati da reattori nucleari un record di 2667 terrawattora di elettricità – un aumento del 2,5% rispetto all’anno precedente. Ma quale sia, mi chiedo, il potenziale del trasporto a propulsione nucleare?

Un “motore nucleare” presenta molti vantaggi, in particolare il fornire al veicolo una fornitura quasi illimitata di energia a bordo, senza necessità di rifornimenti regolari.

Questo è particolarmente attraente per grandi navi e sottomarini, dove le soste per il rifornimento in mare sono rare.

È ancora meglio per le navicelle spaziali, che non possono rifornirsi affatto.

Lo svantaggio è che un veicolo deve essere abbastanza grande per trasportare anche un piccolo reattore di fissione nucleare – oltre a tutte le pesanti protezioni per proteggere i passeggeri a bordo.

Devono essere rispettati anche rigorosi requisiti di sicurezza. Se il veicolo dovesse schiantarsi o esplodere, lo scudo attorno al reattore deve rimanere completamente intatto.

Navi e aerei

Forse l’applicazione più nota dell’energia nucleare nei trasporti è in mare, dove viene impiegata per navi da guerra, sottomarini e superportaerei.

La prima nave a propulsione nucleare al mondo fu il sottomarino della Marina degli Stati Uniti Nautilus, varato nel 1954. Essendo la prima nave ad avere un reattore nucleare per la propulsione, rivoluzionò le capacità navali.

Rispetto alle navi a petrolio o a carbone, le navi a propulsione nucleare possono percorrere distanze molto più lunghe.

Tutto il combustibile è nel reattore, il che significa che non è necessario trasportare combustibile aggiuntivo – né per i camini di scarico o le prese d’aria.

Ancora meglio, il carburante è relativamente economico. Ma i costi operativi e infrastrutturali sono elevati, motivo per cui quasi tutte le navi marine a propulsione nucleare appartengono all’esercito.

Ci sono stati però numerosi tentativi di sviluppare altre forme di trasporto a propulsione nucleare.

Anche se un aereo a propulsione nucleare potrebbe sembrare improbabile, l’idea di volare senza scalo dall’altra parte del mondo, senza emettere emissioni di gas serra, è allettante.

Per quanto possa sembrare incredibile, i reattori nucleari aerotrasportati furono effettivamente sperimentati a metà degli anni ’50.

Nel 1955, l’Unione Sovietica avviò anche un progetto per adattare un aereo Tupolev Tu-95 “Bear” all’energia nucleare. Tuttavia, a causa del pericolo radioattivo per l’equipaggio e delle difficoltà nel fornire una protezione adeguata, il progetto fu presto abbandonato.

Né l’aereo americano né quello sovietico a propulsione atomica volarono mai e – poiché la tecnologia era intrinsecamente pericolosa – non fu mai preso in considerazione per l’aviazione commerciale.

Carrozze e treni

La stessa sorte è stata colpita dai treni a propulsione nucleare. Nel 1954 il fisico nucleare statunitense Lyle Borst, allora all’Università dello Utah, propose una locomotiva da 360 tonnellate che trasportava un reattore nucleare alimentato a uranio-235.

Diversi altri paesi, tra cui Germania, Russia e Regno Unito, avevano anch’essi progetti per locomotive nucleari.

Ma le preoccupazioni pubbliche sulla sicurezza non poterono essere superate e i treni nucleari non furono mai costruiti. Il prezzo di 1,2 milioni di dollari del treno di Borst non ha aiutato nemmeno.

Incubo nucleare La Nucleon della Ford, fortunatamente, non è mai andata oltre la fase concettuale.

Alla fine degli anni ’50, nel frattempo, c’erano almeno quattro teorici “concept car” a propulsione nucleare: la Ford Nucleon, la Studebaker Packard Astral, la Simca Fulgur e la Arbel Symétric.

Basandosi sull’assunzione che i reattori nucleari sarebbero diventati molto più piccoli nel tempo, si riteneva che un’auto del genere avesse bisogno di una protezione relativamente leggera dalle radiazioni. Di certo non avrei voluto provarne uno; Alla fine nessuno è andato oltre la fase concettuale.

Forse la vera storia di successo della propulsione nucleare è stata nello spazio.

Ma forse la vera storia di successo della propulsione nucleare è stata nello spazio.

Tra il 1967 e il 1988, l’Unione Sovietica fu pioniera nell’uso dei reattori a fissione per alimentare satelliti di sorveglianza, con oltre 30 satelliti a propulsione nucleare lanciati in quel periodo.

E fin dai primi anni ’60, i radioisotopi sono stati una fonte chiave di energia nello spazio.

Spinti dal desiderio di missioni spaziali più veloci, capaci e di durata più lunga verso la Luna, Marte e oltre, Cina, Russia e Stati Uniti stanno ora investendo significativamente nella prossima generazione di tecnologia di reattori nucleari per la propulsione spaziale, dove l’energia solare o radioisotopica sarà inadeguata. Ci sono diverse opzioni sul tavolo.

Uno è la propulsione termica nucleare, in cui l’energia di un reattore a fissione riscalda un combustibile propellente.

Un’altra è la propulsione nucleare elettrica, in cui l’energia di fissione ionizza un gas che viene spinto fuori dal retro della navicella. Entrambi prevedono l’uso di piccoli reattori nucleari del tipo usato nei sottomarini, tranne che sono raffreddati con gas, non con acqua. I programmi chiave puntano a dimostrazioni nello spazio nei prossimi 5–10 anni.

Dove dopo?

Molte delle prime idee per il trasporto a propulsione nucleare furono ideate poco più di un decennio dopo la prima reazione a catena autosufficiente. Il fascino era chiaro: rispetto ad altri combustibili, l’energia nucleare ha un’elevata densità energetica e dura molto più a lungo. Inoltre, non ha emissioni di carbonio.

L’energia nucleare deve essere sembrata una panacea per tutte le nostre esigenze energetiche – usarla per auto e aerei doveva aver visto un passo successivo ovvio.

Tuttavia, ci sono importanti questioni di sicurezza da affrontare quando vengono mobilitate fonti nucleari, dalla protezione di passeggeri ed equipaggio al garantire adeguate salvaguardie in caso di problemi.

E oggi comprendiamo fin troppo bene l’eredità dei sistemi nucleari, dallo smaltimento sicuro del combustibile esaurito al dismissione delle infrastrutture e delle attrezzature nucleari.

Abbiamo trovato il giusto equilibrio nell’uso dell’energia nucleare, limitandola a navi da mare sotto l’attento sguardo dei militari.

Qui sulla Terra, penso che abbiamo trovato il giusto equilibrio nell’uso dell’energia nucleare, confinandola a navi da mare sotto l’occhio vigile dei militari.

Ma mentre si avvicina l’esplorazione dello spazio profondo con equipaggio umano, sorgerà una serie di questioni completamente nuove. Ci saranno, ovviamente, molte sfide tecniche e ingegneristiche.

Come, ad esempio, manteremo, ripareremo e dismesseremo i veicoli spaziali a propulsione nucleare? Come eviteremo di mettere in pericolo gli equipaggi o di inquinare l’ambiente, specialmente quando le imbarcazioni decollano?

Chi dovrebbe stabilire la legislazione appropriata – e come facciamo a far rispettare queste regole?

Quando si tratta di spazio, il nucleare ci aiuterà a “andare avanti con coraggio”; Ma richiederà anche una regolamentazione audace.

Immagine: iStock/dottedhippo

The post Trasporti a propulsione nucleare: fino a che punto può portarci? appeared first on Cronache di Scienza.