Nucleare

Fusione Nucleare

La fusione nucleare è attualmente considerata una delle opzioni utili per garantire una fonte di energia di larga scala, sicura, rispettosa dell’ambiente e praticamente inesauribile.Tokamak.jpg

L’Italia è tra i pionieri della ricerca sulla fusione. Le attività, avviate già alla fine degli anni 50 nel Centro di Frascati, erano inizialmente dedicate alla sperimentazione sui plasmi e si sono poi evolute verso un complesso sistema di fisica, tecnologia e ingegneria che vede l’ENEA come protagonista e come coordinatore del programma nazionale. Tale programma, con un budget medio annuale di circa 60 M€, vede impegnati circa 600 tra ricercatori e tecnologi di ENEA, del CNR, del Consorzio RFX e di molte Università e Consorzi Universitari nello sviluppo di competenze di eccellenza di assoluto rilievo in ambito mondiale.

La ricerca sulla fusione in ENEA si concentra in particolare sul confinamento magnetico, con attivitá relative sia alla fisica dei plasmi sia allo sviluppo di tecnologie di rilevanza reattoristica, ma include anche attivitá sul confinamento inerziale. Le attività vengono svolte nel quadro del programma Euratom per la fusione che coinvolge i Paesi dell’Unione Europea e la Svizzera, e attarverso collaborazioni con numerosi Ististuti e Universitá a livello internazionale.

Iter.jpgNell’ambito della sperimentazione di fisica per il confinamento magnetico, ENEA conduce esperimenti con il Frascati Tokamak Upgrade (FTU), un tokamak che consente di studiare plasmi a campi magnetici elevati e ad alta densità: FTU è la macchina per la fusione operante al più alto campo magnetico (8 T) e consente di studiare plasmi in condizioni fisiche non realizzabili in altre macchine.

In ambito tecnologico, fino dagli anni 80, nei laboratori ENEA di Frascati sono state sviluppate numerose tecnologie per la fusione, privilegiando le linee basate sulle conoscenze più consolidate all’interno dei laboratori e al tempo stesso passibili di un robusto coinvolgimento dell’industria nazionale anche per applicazioni più vaste di quelle specifiche per la fusione. Le linee sviluppate hanno riguardato in particolare i magneti superconduttori, i componenti ad alto flusso termico affacciati al plasma, i materiali, la manutenzione remota, la neutronica e i dati nucleari, la tecnologia dei metalli liquidi e la sicurezza.

Tratos.jpgLa ricerca sulla fusione vede impegnati tutti i Paesi tecnologicamente più avanzati (Europa, Giappone, USA, Russia, Cina, Corea e India) che hanno deciso, nell’ambito di una collaborazione internazionale, di concentrare il loro impegno in un programma comune orientato alla realizzazione del reattore a fusione sperimentale ITER, che produrrà 500 MW di potenza di fusione per 400 s, con un guadagno di potenza di un fattore 10. La costruzione di ITER, iniziata nel 2007 nel sito di Cadarache ITER, rappresenta una pietra miliare nello sviluppo dell’energia da fusione e di fatto determina una forte accelerazione del programma che prevede di arrivare al reattore commerciale tramite la realizzazione di un reattore dimostrativo DEMO.

L’ENEA partecipa attivamente alla realizzazione di ITER, contribuendo alla progettazione di molti componenti, alla definizione degli scenari fisici, alla progettazione di diagnostiche e di sistemi di riscaldamento del plasma. Grazie al know-how sviluppato, l’ENEA gioca un ruolo fondamentale nella costruzione di ITER operando in stretta collaborazione con l’industria. Anche grazie al coinvolgimento nel programma di ricerca sulla fusione, l’industria italiana si è giá aggiudicata le maggiori commesse per la costruzione dei componenti che costituiscono il cuore di ITER: i cavi superconduttori, la quota europea dei magneti superconduttori (9 bobine su un totale di 18) e dell camera da vuoto (7 settori su 9) oltre ad altre commesse per un totale di 500 milioni di euro.

L’ENEA ha inoltre sviluppato, in collaborazione con l’industria, le tecnologie di giunzione per i componenti ada alto flusso termico (divertore), la tecnologia basata su radar ottico (luce laser) per metrologia in ambienti ostili. L’ENEA, in collaborazione con altri laboratori europei, partecipa alla realizzazione della Radial Neutron Camera, il sistema dedicato alla misura della potenza di fusione, e dei moduli di del mantello triziogeno di prova con test sul ciclo del combustibile (trattamento e riprocessamento del Trizio) e con analisi neutroniche e di sicurezza.

PrototipoIter.jpgL’Europa sta strutturando un programma di accompagnamento a ITER che dovrà ottimizzarne lo sfruttamento scientifico e fornire le necessarie informazioni per la definizione dei parametri per DEMO. A questo scopo ha firmato con il Giappone un accordo bilaterale di collaborazione più ampia, chiamato ‘Broader Approach’, per lo svolgimento di attività finalizzate allo sviluppo dell’energia da fusione. L’ENEA partecipa con i Centri di Frascati e del Brasimone ai progetti del Broader Approach, contribuendo alla realizzazione dei magneti superconduttori e del sistema di alimentazioni elettriche del tokamak JT60-SA, satellite di ITER, in costruzione in Giappone, del bersaglio in litio della sorgente di neutroni International Fusion Material Irradiation Facility (IFMIF) per lo sviluppo dei materiali per il reattore a fusione, e alla realizzazione del centro internazionale di ricerca sulla fusione (IFERC). L’impegno complessivo per queste attività è di circa 50 milioni di Euro.

L’ENEA, considerando di prioritaria importanza lo sviluppo della fusione nucleare ha elaborato per i prossimi anni, insieme agli altri Enti e Gruppi universitari che fanno parte dell’Associazione Euratom ENEA sulla fusione, un programma di attivitá che, tenendo conto della costruzione di ITER, del Broader Approach e del relativo programma di accompagnamento europeo, si fonda sui seguenti punti fondamentali:

  • la costruzione del tokamak FAST (Fusion Advanced Studies Torus), un esperimento satellite europeo rispetto ad ITER, progettato in maniera tale da preparare e ottimizzare gli scenari operativi di ITER e DEMO;
  • la partecipazione con le industrie alla costruzione di ITER;
  • la partecipazione alle attività previste dal “Broader Approach”.

 

FAST rappresenterá il punto di riferimento della sperimentazione non solo per l’Italia ma anche per gli altri laboratori Europei e permetterá di studiare i plasmi in deuterio la dinamica delle particelle alfa che si produrranno nei plasmi prossimi all’ignizione, in un impianto semplice ed economico, senza le complicazioni derivanti dall’uso del trizio.

Non secondaria è l’attivitá di formazione che l’ENEA svolge in questo campo, ospitando nei propri laboratori un sisgnificativo numero di studenti, laureandi e borsisti in un ambiente scientifico multidisciplinare e internazionale molto stimolante.

Le principali attività di ricerca e sviluppo riguardano:

 

Materiale di approfondimento

 


Contatti
Divisione Fisica della Fusione

Responsabile: Dr. Angelo A. Tuccillo
e-mail: angelo.tuccillo@enea.it

Divisione Ingegneria Sperimentale

Responsabile: Ing. Mariano Tarantino
e-mail: mariano.tarantino@enea.it

Divisione Sicurezza e Sostenibilità del Nucleare

Responsabile: Ing. Paride Meloni
e-mail: paride.meloni@enea.it

Divisione Tecnologie Fusione Nucleare

Responsabile: Dr. Giuseppe G. Mazzitelli
e-mail: giuseppe.mazzitelli@enea.it