Nell’ambito della Settimana europea dell’energia sostenibile si tiene oggi, mercoledì 6 giugno, a Padova, dalle 9 alle 13, nell’Area della Ricerca CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) in zona industriale, il corso di formazione per giornalisti organizzato dal Consorzio RFX in collaborazione con Argav dal titolo “Il progetto Iter: riprodurre il sole in laboratorio è possibile?“. Il corso anticipa i temi dell‘inaugurazione in calendario lunedì 11 giugno 2018, sempre nell’area della Ricerca CNR a Padova, con cui il Consorzio RFX (composto da ENEA, CNR, INFN, Università di Padova e Acciaierie Venete Spa) lavora per raggiungere l’obiettivo di produrre energia da processi di fusione termonucleare controllata.
A Padova un evento di importanza strategica italiana per la ricerca sulla fusione. L’esperimento dell’11 giugno fa parte di un grande laboratorio di prova per gli iniettori di fasci neutri ed è costruito presso la sede del Consorzio RFX, centro di eccellenza italiano. E’ un onore per l’Italia ospitare un impianto così prestigioso, frutto di una collaborazione internazionale unica nel suo genere. L’Italia e il Consorzio RFX hanno realizzato le infrastrutture e fornito le competenze industriali e gran parte del personale. Fusion for Energy ha finanziato la maggior parte dei componenti, basandosi sull’esperienza delle organizzazioni di ricerca e dell’industria in Europa. ITER India ha contribuito, in stretta collaborazione, con attrezzature scientifiche. L‘ITER Organization, in quanto principale committente di SPIDER (Source for the Production of Ions of Deuterium Extracted from a Radiofrequency plasma), ha guidato la progettazione e la supervisione della realizzazione e opererà la struttura di ricerca del tokamak ITER, dove l’innovazione prodotta a Padova vedrà la sua piena espressione.
La fusione dell’idrogeno cambierà il sistema energetico mondiale. La fusione dell’idrogeno avviene in natura nel Sole e nelle stelle; la sua energia, irradiata sul nostro pianeta, permette la vita sulla Terra. Riprodurre reazioni analoghe a quelle che accadono spontaneamente nel Sole, dove l’idrogeno si fonde in elio liberando energia, sono alla base delle ricerche sulla fusione termonucleare controllata in modo da ottenere una fonte praticamente inesauribile di energia, sicura e carbon free. Al Consorzio RFX si persegue questo obiettivo attraverso lo studio della fisica dei plasmi da fusione con l’esperimento RFX-mod, grazie al quale sono già stati prodotti numerosi risultati. L’istituto è parte integrante del progetto ITER, il più grande esperimento di fusione termonucleare controllata al mondo, in costruzione nel sud della Francia grazie alla cooperazione di tutti i gruppi di ricerca mondiali che lavorano per dimostrare nei fatti che siamo in grado di costruire un reattore in cui l’energia prodotta grazie al processo di fusione nucleare è maggiore di quella utilizzata per tenerlo in funzione.
La fusione termonucleare è considerata una scienza matura, con più di 60 anni di ricerca sperimentale. Concettualmente è semplice: in definitiva si tratta di fondere nuclei del primo elemento più semplice della tavola periodica: l’ idrogeno. Dove sta allora la difficoltà? I nuclei di idrogeno sono elettricamente carichi e tutti di carica positiva e quando si avvicinano interviene una forza di repulsione, in maniera analoga a quello che accade con le calamite quando tentiamo di avvicinare poli con segno uguale. Nella fusione, i due nuclei di idrogeno devono invece riuscire a incontrarsi, vincendo la repulsione, e ad avvicinarsi fino a distanze confrontabili con la loro dimensione. A queste distanze infinitesimali, interviene una forza di attrazione fino a 100 volte più grande di quella di repulsione, che consente la fusione.
La difficoltà sta quindi nel riuscire ad avvicinare i nuclei fino a fare in modo che si fondano. Non basta infatti iniettare del gas all’interno di un contenitore e aspettare che gli atomi si incontrino vagando nel vuoto; potremmo aspettare secoli o millenni. Non succederà mai. La chiave di tutto sta nel riscaldare il gas aumentando la temperatura. Infatti, le particelle si muovono più velocemente aumentando la probabilità di entrare in collisione tra di loro a velocità tali da superare la barriera di repulsione per poi fondersi. Per rendere tutto ciò possibile, il gas deve essere riscaldato fino a 150 milioni di C°, una temperatura straordinaria, se si pensa che è circa 10 volte quella del Sole! Ci sono varie tecniche per arrivare a tali temperature: facendo circolare nel gas una corrente elettrica (riscaldamento ohmico), tramite sistemi di riscaldamento esterni (riscaldamenti addizionali) o con una combinazione dei due metodi. In tutti i casi, l’energia usata per riscaldare il gas non è certamente poca. Ma quando si innesca la fusione, l’energia prodotta è molto maggiore. Ovviamente, per avere un sistema energetico win-win, cioè vantaggioso in termini di energia utilizzata e di energia ottenuta, l’energia prodotta con la fusione deve essere maggiore di quella immessa per riscaldare il plasma.
Un reattore dalla forma a ciambella. A quelle temperature tutto il gas è ionizzato, cioè nuclei ed elettroni sono liberi, e il gas si trasforma in plasma, il quarto stato della materia. Un plasma caldo, anzi caldissimo, e poco denso di particelle, che va tenuto lontano dalle pareti interne del contenitore per non fonderlo e per non dissipare energia. Essendo elettricamente carico, il plasma risente dei campi magnetici che vengono utilizzati per dargli forma e tenerlo distante dalle pareti, in un anello di plasma come sospeso all’interno del contenitore, da qui la tipica forma a ciambella del reattore. E’ qui, nel cuore del reattore a fusione, che si raggiungono le condizioni di temperatura e densità del plasma per ottenere le reazioni di fusione e produrre un’enorme quantità di energia senza scorie nucleari e a bassissimo impatto ambientale per consentire in futuro all’uomo di progredire e svilupparsi in armonia con l’ambiente.
Qui si fa la storia. Lunedì 11 giugno a Padova si darà quindi avvio della sperimentazione della sorgente di fasci di ioni negativi più potente al mondo, SPIDER, per l’appunto. Tutti i sistemi sono stati collegati, ingegneri e fisici si preparano ad accendere l’interruttore. Il successo di questo esperimento sarà un passo fondamentale verso il funzionamento di ITER e quindi verso la produzione di energia da fusione. La vera potenza motrice dei sistemi di riscaldamento di ITER saranno due iniettori di neutri, con la previsione di un terzo opzionale durante il funzionamento. L’iniezione di fasci neutri è un sistema già utilizzato per il riscaldamento del plasma in impianti a fusione, ma le dimensioni di ITER pongono una serie di nuove sfide: i fasci di particelle devono essere molto più densi e le particelle molto più veloci per viaggiare sino a raggiungere il cuore del plasma. SPIDER contribuirà allo sviluppo di questa nuova tecnologia.
Una sfida di altissimo profilo. Le sfide tecnologiche che si stanno affrontando in questi anni, con il progetto ITER e con il suo successore DEMO, il primo reattore predisposto per immettere energia elettrica nella rete, sono molto impegnative, dallo sviluppo dei sistemi di riscaldamento, alla produzione di bobine superconduttrici per la realizzazione dei campi magnetici di contenimento del plasma, allo sviluppo di materiali avanzati compatibili con l’utilizzo sui reattori. Dal punto di vista tecnologico, com’è facile immaginare, la sua realizzazione industriale pone aspetti critici che richiedono processi produttivi di alta innovazione, verifica e prova molto stringenti. La sfida è quindi di altissimo profilo, ma i benefici sono altrettanto attraenti: una disponibilità praticamente illimitata di energia per il progresso dell’umanità e la tutela del nostro pianeta.
Fonte: Consorzio Rfx
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Argav 