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Ricerca sulla fusione nucleare: nuovo record di energia sul tokamak europeo JET. Un successo a cui hanno contribuito in modo significativo anche gli scienziati italiani

Posted on 17 febbraio 2024 by argav
JET Photo

40° anniversario JET, 23 giugno2023. I membri dello staff hanno composto le lettere del progetto

Il Joint European Torus (JET), il più grande esperimento di fusione nucleare al mondo, ha ottenuto un nuovo record di energia prodotta durante l’ultima e conclusiva campagna sperimentale, dimostrando la capacità di generare in modo affidabile energia da fusione.

Il consorzio europeo EUROfusion, a seguito della verifica e validazione dei dati scientifici ottenuti negli esperimenti in deuterio e trizio (DT3) a fine 2023, ha, infatti, annunciato lo scorso 8 febbraio che il 3 ottobre 2023 si sono ottenuti 69 megajoules di energia utilizzando 0,2 milligrammi di combustibile, in un impulso della durata di 5 secondi, superando il precedente record mondiale di 59 megajoules, raggiunto nel 2022.

La campagna sperimentale DT3 ha confermato la capacità di replicare e migliorare i risultati degli esperimenti di fusione ad alta energia già ottenuti e ha dimostrato l’affidabilità delle metodologie operative di JET, essenziali per il successo del reattore sperimentale internazionale ITER in via di realizzazione. Agli esperimenti, svolti sull’impianto europeo sito presso l’UKAEA (UK), hanno partecipato più di 300 scienziati provenienti da tutti i laboratori di fusione europei, con una forte partecipazione italiana in ruoli chiave di leadership scientifica e organizzativa.  Al successo hanno contribuito i principali laboratori europei coordinati da EUROfusion. L’Italia è partner con ENEA, il Consiglio nazionale delle ricerche principalmente tramite l’Istituto per la scienza e tecnologia dei plasmi (Cnr-Istp), il Consorzio RFX, il gruppo padovano per le ricerche sulla fusione e alcuni atenei.

Il Joint European Torus (JET) ha così concluso la sua vita sperimentale. È stato il più grande impianto a fusione europeo, l’unico in grado di operare con una miscela di combustibile composto da deuterio e trizio, la stessa miscela ad alte prestazioni che verrà utilizzata nelle future centrali a fusione.

Fonte testo e foto: Servizio stampa Consorzio Rfx

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Energia nucleare: inaugurato in Giappone reattore a fusione, successo anche italiano (e veneto)

Posted on 9 dicembre 2023 by argav

panoramica-dellarea-di-ricerca-cnr

Nuovo passo in avanti nella ricerca sull’energia da fusione nucleare: lo scorso 1 dicembre a Naka, in Giappone, è stato inaugurato il reattore sperimentale per la fusione JT-60SA, progettato e costruito nell’ambito dell’accordo Broader Approach, una collaborazione scientifica tra Unione europea e Giappone. Si tratta di un traguardo importante per la comunità scientifica e l’industria, che rende più vicino l’impiego dell’energia da fusione, sicura e rispettosa dell’ambiente, grazie anche al contributo italiano di Governo, imprese, Enea, Consorzio RFX (struttura operativa del laboratorio di Padova per ricerche sulla fusione, nella foto in alto l’area di ricerca padovana) e Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr).

Alla cerimonia di inaugurazione erano presenti il commissario europeo per l’Energia, Kadri Simson, il ministro giapponese per Istruzione, Cultura, Sport, Scienza e Tecnologia, Masahito Moriyama, il ministro giapponese per la Politica scientifica e tecnologica, Sanae Takaichi, politici di alto livello, rappresentanti dell’industria e la comunità di ricercatori, che hanno assistito dalla sala di controllo alla sperimentazione con plasma.

Esempio di diplomazia scientifica. I lavori dell’impianto JT-60SA sono iniziati nel 2007 e sono stati portati a termine nel 2020. Da allora sono stati fatti diversi miglioramenti tecnici. I primi esperimenti con plasma sono stati avviati alla fine di quest’anno. Il costo complessivo di costruzione dell’impianto è stato di circa 560 milioni di euro, ripartiti tra Europa e Giappone. Il progetto è considerato un esempio di diplomazia scientifica ed è stato elogiato per lo spirito di collaborazione, la gestione efficiente e l’esecuzione esemplare. A Fusion for Energy sono stati affidati sia la gestione dei fondi dell’Unione europea al progetto, sia il coordinamento della fabbricazione di componenti da parte di Paesi che partecipano su base volontaria, come Belgio, Francia, Germania, Italia e Spagna.

Mix energetico privo di carbonio. Marc Lachaise, direttore di Fusion for Energy, ha espresso apprezzamento per la collaborazione internazionale e il forte spirito di squadra dei team impegnati: “Quanto accade qui oggi – ha affermato – sarà importante domani per decidere il contributo della fusione in un mix energetico privo di carbonio. L’impianto JT-60SA è fondamentale per la tabella di marcia della fusione perché offre ai nostri esperti una possibilità unica nel suo genere di imparare, utilizzare questo dispositivo e condividere queste preziose conoscenze con il reattore sperimentale internazionale (Iter). Inoltre, ha permesso ai laboratori di ricerca e all’industria europei, insieme al Giappone, di lavorare fianco a fianco nello sviluppo di un partenariato significativo”.

Eurofusion, il consorzio Europeo cui partecipano 31 paesi e 4800 tra ricercatori, personale e studenti, contribuisce scientificamente a JT-60SA insieme agli istituti nazionali giapponesi per la scienza e la tecnologia quantistica che si trovano a Naka. Un progetto dedicato di Eurofusion, a coordinamento italiano attraverso il Cnr e del valore di circa 15 milioni di Euro, supporta l’attività di modellazione fisica e di simulazione per la preparazione e l’analisi degli esperimenti, la preparazione di sistemi diagnostici avanzati e la partecipazione alle operazioni del dispositivo.“In qualità di ministro dell’Ambiente e della Sicurezza energetica e Program owner del Programma fusione italiano – ha dichiarato il ministro Gilberto Pichetto Fratin – sono molto orgoglioso che l’Italia abbia contribuito al successo di oggi fornendo supporto scientifico e componenti del tokamak come contributo volontario nell’ambito dell’accordo tra l’Unione Europea e il Giappone (Broader Approach), grazie a fondi per circa 70 milioni di euro messi a disposizione dal Governo italiano. Con il coordinamento dell’Enea, l’industria italiana ha fornito cavi superconduttori per i magneti, bobine toroidali superconduttrici, casse di contenimento delle bobine, alimentazione per il sistema magnetico: componenti realizzati da Enea, Tratos Cavi, Criotec, Asg Superconductors, Walter Tosto, Poseico Power Electronics e Ocem Tecnologie Energetiche”.

Successo anche padovano. “Il Consorzio RFX – ha proseguito -, agendo su mandato del Consiglio nazionale delle ricerche, ha sviluppato i progetti innovativi dei sistemi di protezione per tutte le bobine superconduttrici, forniti dall’industria italiana Ansaldo Sistemi Industriali, attualmente Nidec ASI, e del sistema di alimentazione per il controllo del plasma instabilità, forniti dall’industria italiana Equipaggiamenti Elettronici Industriali”.

Fonte: Cnr-Istp–Consorzio RFX

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Energia da fusione: ricercatori europei e italiani – tra i quali i ricercatori del Consorzio RFX, gruppo di Padova per ricerche sulla fusione -, ottengono quantità di energia record, un grande passo in avanti sulla strada verso una fonte sicura, efficiente e a basso impatto ambientale 

Posted on 12 febbraio 2022 by argav

Spider Consorzio Rfx

Risultato record ottenuto da fisici e ingegneri di EUROfusion a dimostrazione delle potenzialità della fusione nella produzione di energia: presso l’impianto europeo JET (Joint European Torus), l’esperimento leader a livello mondiale situato a Culham (Regno Unito), sono stati prodotti 59 megajoules di energia, un risultato pienamente in linea con le previsioni teoriche e che conferma le motivazioni alla base del progetto ITER per garantire energia sicura, sostenibile e a bassa emissione di CO2.

Il risultato è stato ottenuto dal più grande e potente tokamak in funzione al mondo, che ha sede presso la UK Atomic Energy Authority (UKAEA), raddoppia e supera il precedente record di 21,7 megajoules stabilito sempre al JET nel 1997. Arriva come risultato di una campagna sperimentale, progettata da EUROfusion per mettere a frutto oltre due decenni di progressi nella fusione e per prepararsi al meglio in vista dell’avvio della sperimentazione sul progetto internazionale ITER. Il record e i dati scientifici ottenuti durante questa cruciale campagna sperimentale sono una grande conferma per il successo di ITER, la versione più grande e avanzata di JET. ITER è un progetto di ricerca sulla fusione in corso di realizzazione a Cadarache a sud della Francia, sostenuto da sette partner – Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti d’America – che mira a dimostrare la fattibilità tecnica e scientifica dell’energia da fusione.  Proprio mentre aumenta a livello globale la richiesta di affrontare efficacemente gli effetti del cambiamento climatico attraverso la decarbonizzazione della produzione di energia, questo successo rappresenta un grande passo avanti sulla strada verso la fusione quale fonte sicura, efficiente e a basso impatto ambientale per combattere la crisi energetica globale.

I vantaggi della fusione termonucleare. La fusione è il processo che alimenta le stelle, come il nostro Sole, e promette, nel lungo termine, di essere una fonte di elettricità quasi illimitata, utilizzando piccole quantità di combustibile reperibili ovunque sulla terra, da materie prime poco costose. Il processo di fusione unisce, fino a fondersi ad altissima temperatura, nuclei di elementi leggeri come l’idrogeno, che si trasformano in elio, rilasciando una quantità enorme di energia sotto forma di calore. La fusione è intrinsecamente sicura perché per sua natura non può innescare processi incontrollati.

L’importanza strategica di JET. L’esperimento a fusione Joint European Torus (JET) – che è in grado di generare plasmi che raggiungono temperature di 150 milioni di gradi Celsius, 10 volte la temperatura al centro del Sole – è un banco di prova di importanza vitale per ITER, uno dei progetti di collaborazione più grandi della storia. JET può raggiungere condizioni simili a quelle di ITER e dei futuri reattori a fusione ed è l’unico tokamak in funzione nel mondo ad usare come combustibile il mix di deuterio e trizio (D-T), isotopi dell’idrogeno, previsto per questi impianti.

Megajoules e megawatt. Con il suo recente record sperimentale, JET ha prodotto complessivamente 59 megajoules di energia termica da fusione in un tempo di 5 secondi (la durata dell’esperimento a fusione). Durante questo esperimento, JET ha raggiunto una potenza di fusione media (ovvero, energia prodotta per secondo) di circa 11 megawatt (megajoule per secondo). Il record precedente ottenuto dal JET, durante un esperimento di fusione nel 1997, è stato pari a 22 megajoule di energia termica. Il picco di potenza pari a 16 MW raggiunto brevemente nel 1997 non è stato sorpassato nei recenti esperimenti perché l’obiettivo era finalizzato a ottenere energia da fusione in un arco di tempo di alcuni secondi.

La fusione termonucleare. La ricerca sulla fusione mira a replicare il processo che alimenta il Sole per una nuova fonte di energia a basse emissioni di carbonio su larga scale. Quando atomi leggeri si fondono insieme per formare atomi più pesanti, si genera una grande quantità di energia. Per fare ciò, si riscaldano pochi grammi di idrogeno a temperature estreme, 10 volte più elevate che nel Sole, formando un plasma in cui avvengono reazioni di fusione. L’impianto a fusione commerciale utilizzerà l’energia prodotta da reazioni di fusione per generare elettricità. La fusione ha una enorme potenzialità come fonte di energia a bassa emissione di carbonio. È eco-sostenibile e sicura e il combustibile che utilizza è abbondante e sostenibile. In termini di resa, a parità di quantità, la fusione genererà circa 4 milioni di volte più energia rispetto a quella prodotta bruciando carbone, petrolio o gas.

EUROfusion. E’ un consorzio composto da 30 organizzazioni di ricerca e, dietro di esse, da circa 150 entità affiliate, incluse università e aziende, di 25 Paesi Membri dell’Unione Europea, del Regno Unito, della Svizzera e dell’Ucraina. Insieme, lavorano per la realizzazione di un impianto in grado di produrre e immettere in rete elettricità da reazioni di fusione in linea con la European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy. Il programma di EUROfusion ha due obiettivi: preparare la sperimentazione di ITER e sviluppare i le soluzioni tecnologiche per il futuro impianto a fusione dimostrativo europeo DEMO. Il programma EUROfusion sostiene diversi progetti di ricerca in laboratori europei attraverso attività di Enabling Research.

ITER. Progettato per dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione, sarà il più grande impianto sperimentale a fusione al mondo. ITER è anche una collaborazione globale senza precedenti. L’Europa contribuisce per quasi metà dei costi di costruzione, mentre gli altri 6 partner di questa joint venture internazionale (Cina, India, Giappone, Repubblica di Corea, Russia e Stati Uniti d’America) contribuiscono equamente al rimanente costo.

Cofinanziato dalla Commissione Europea, il consorzio EUROfusion vede la partecipazione di 4.800 tra esperti, studenti e personale in staff da tutta Europa, con una forte presenza di ricercatori italiani. Maria Chiara Carrozza, presidente del Consiglio Nazionale delle Ricerche, ha detto: “I risultati che oggi vengono annunciati attestano il raggiungimento di un obiettivo estremamente importante, la conferma sperimentale su JET che in una configurazione tokamak è possibile ottenere elettricità da fusione, e sono un passo cruciale verso la produzione in futuro di energia abbondante ed eco-sostenibile. Il record di 59 megajoule di energia da fusione ottenuto su JET è un successo tutto europeo, un risultato chiave che dà forza a ITER e alla Roadmap europea sulla fusione. Il Consiglio Nazionale delle Ricerche svolge ricerche sulla fusione fin dagli anni ’60, pienamente inserito nel Programma Europeo, e ha contribuito a questo successo principalmente con l’attività dell’Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi – CNR-ISTP – e con la partecipazione al Consorzio RFX, conducendo esperimenti su temi chiave dei plasmi igniti e implementando essenziali sistemi diagnostici”. Tony Donné, EUROfusion Programme Manager (CEO), ha detto: “Se riusciamo a mantenere la fusione per cinque secondi, potremo farlo per cinque minuti e poi per cinque ore, se scaliamo al funzionamento delle future macchine a fusione. Questo è un grande momento per ciascuno di noi e per tutta la comunità della fusione”. Francesco Romanelli, direttore del JET dal 2006 al 2013, attualmente presidente del Consorzio DTT, ha detto: “JET è stato l’esperimento che più si è avvicinato alle condizioni fisiche che studieremo su ITER ed ha contribuito in maniera fondamentale a formare una nuova generazione di giovani ricercatori“. Francesco Gnesotto, presidente del Consorzio RFX, ha detto: “ È un enorme successo di tutta la comunità scientifica europea, cui i ricercatori padovani del Consorzio RFX hanno dato un importante contributo, in termini sia di realizzazione di sistemi di controllo e di diagnostica, che di progettazione di campagne sperimentali e di analisi dei dati in esse raccolti. La notizia è di ottimo auspicio per ITER, il successore di JET, che entrerà in funzione tra pochi anni”.

Fonte: Servizio relazioni esterne Consorzio RFX

Consorzio RFX - Gruppo di Padova per ricerche sulla fusione

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11 giugno 2018, a Padova un evento di importanza strategica mondiale per la ricerca sulla fusione termonucleare controllata: si inaugura SPIDER, primo passo per far nascere “un piccolo Sole sulla Terra”. Se ne parla oggi al corso di formazione per giornalisti organizzato in collaborazione con Argav e l’Ordine dei Giornalisti del Veneto

Posted on 6 giugno 2018 by argav

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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