7a eaiee fusione nucleare tokamak - people.unica.it · ultima modifica 01/12/2017) introduzione ......
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
7a_EAIEE_ FUSIONE_NUCLEARE_TOKAMAK
(ultima modifica 01/12/2017)
INTRODUZIONE
Il Fabbisogno Energetico Mondiale
Situazione attuale e proiezioni per il futuro
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Le fonti di energia sono classificate in :
• fonti di energia tradizionali
Le fonti di energia tradizionale sono quelle che utilizzano i
combustibili fossili per ottenere energia meccanica e/o
elettrica. Esse costituiscono fonti di energia non rinnovabili.
Attualmente con queste fonti si genera l’aliquota maggiore di
energia prodotta.
• fonte di energia alternativa
Le fonti di energia alternativa producono energia meccanica e/o
elettrica con processi differenti da quelli delle fonti
tradizionali.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Esempi di fonti energetiche alternative :
• Energia nucleare: generata con la fissione o con la fusione
• Energia idroelettrica
• Energia geotermica
• Energia eolica
• Energia solare: generata con le centrali solari termiche o centrali
fotovoltaiche)
• Energia del moto ondoso e delle maree
• Energia prodotta dalla dissociazione molecolare (rifiuti urbani,
biomassa…)
• Energia marina
• Agroenergie
1.biogass: prodotto dalla fermentazione batterica in assenza di ossigeno dei residui
organici provenienti da rifiuti.
2.produzione di biocarburante: biodisel, green diesel, olio di colza, biometanolo etc.
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Grid Parity
Per valutare la convenienza economica dell’utilizzazione
di una fonte di energia alternativa
↓ occorre calcolare la grid parity .
La grid Parity è la condizione per la quale l’energia elettrica prodotta
con metodi alternativi (energie rinnovabili), ha lo stesso costo di
produzione della energia tradizionale che viene fornita dalla rete elettrica
esistente***.
*********************************************************************************
Per rete elettrica esistente si intende la rete reale attuale, che è alimentata da diverse tipi di fonti di
energia (tradizionale e non, rinnovabile e non).
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Grid Parity
Attualmente non è stato raggiunto il grid parity per tutte le fonti di
energia alternative.
Per esempio per l’energia solare
• questo traguardo è stato raggiunto in aree con sole abbondante e
alti costi per l'energia tradizionale, come in California, Spagna e
Hawai, ma
• questo traguardo non è stato raggiunto in molti altri paesi, dove
le condizioni climatiche non sono favorevoli o/e esiste ancora il
vantaggio economico dell’approvvigionamento di combustibili
tradizionali.
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Le fonti energetiche nel mondo
industrializzato
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è relativa a quella prodotta da 1t di petrolio grezzo
Il TOE (Tonne of Oil Equivalent) rappresenta la quantità di energia
rilasciata dalla combustione di una tonnellata di petrolio grezzo e
vale circa 42 GJ
(1 TOE) 41,868 GJ o 11,639 MWh, quindi)
1 TOE ≈ 42 109 J o ≈ 12 106Wh
(1 MTOE=106 TOE ≈ 42 P J o ≈ 12 T Wh, quindi
1 MTOE=106 TOE ≈ 42 1015 J o ≈ 12 1012 Wh
***********************************************************************************
(P =peta= 1015 T=tera= 1012 G =giga= 109 M=mega= 106 1 Wh ≡ 3 600J)
Unità di misura per quantificare i consumi di energia
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10
5
1
1000 1200 1400 1600 1800 1920 1970 2000 2030
Negli ultimi decenni il il consumo mondiale di energia nel pianeta ha subito rapidi cambiamenti.
In 30 anni dal 1970 al 2000 il consumo mondiale di energia è raddoppiato Nel 2000 ha raggiunto i 10 miliardi di TEP (Tonnellate Equivalenti di Petrolio) Per i 30 anni successivi al 2000 è previsto un ulteriore aumento del 50%
M. Usai
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Abitanti (milioni)
Consumi di energia (milioni di TEP)
Il consumo pro capite è diverso nei paesi del mondo e non è
proporzionale al numero di abitanti, ma è legato alla ricchezza del paese
M. Usai
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Un nord americano consuma 26 barili di petrolio all’anno
Un italiano consuma 12 barili di petrolio all’anno
Un cinese consuma 2 barili di petrolio all’anno (ma questo ultimo dato tenderà a crescere sensibilmente nei prossimi anni)
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Se tutti gli abitanti del pianeta consumassero
energia come gli abitanti del nord America, il
pianeta dovrebbe supportare consumi di energia
14 volte quelli attuali, con conseguenze
economiche, sociali ed ambientali nemmeno
immaginabili.
↓
Una prospettiva non sostenibile.
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Come sono ripartite le fonti d’energia nel mondo ?
M. Usai 12 Consumo più alto
L’America del Nord continua a essere il paese con il maggior consumo di energia
anche se la % di energia consumata rispetto alla totale consumata nel mondo
è diminuita per l’aumento dei consumi dei paesi emergenti dell’Asia
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
1 MTOE 12 miliardi kWh
Consumi di energia relativi alle diverse fonti
M. Usai
Carbone % ↑
Petrolio % ↓
Gas naturale % ↑
Nucleare % ↑
Idroeletrico % ↑
Legna da ardere % ↓
Geotemico /solare/
eolico % ↑
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tendenza
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7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione M. Usai
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L’alta aliquota della energia prodotta con il petrolio potrebbe essere prodotta con le
centrali nucleari a fissione, ma non tutti i paesi le utilizzano e molti intendono
dismettere le centrali esistenti per i grossi problemi relativi allo stoccaggio dei residui
di combustione radioattivi.
La disponibilità dell’Uranio necessaria
per la fissione nucleare è prevista per un
massimo di 100 anni.
Stiamo andando incontro al picco di
disponibilità dell’uranio, analogamente
al picco disponibilità del petrolio ( già
raggiunto nel 2004)
Per la Fusione è prevista una
disponibilità dei materiali richiesti di
1.000.000 di anni.
7a_EAIEE_FUSIONE_
NUCLEARE_Introduzi
one
Andamento negli anni estrazione petrolio in miliardi di barili / anno Nel 2004 abbiamo già raggiunto il picco di produzione del petrolio e le previsioni indicano
una diminuzione costante delle possibilità di approvvigionamento per il futuro
M. Usai 17
2004
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Quanto dureranno le fonti di energia convenzionali? Il deficit di energia rispetto al valore richiesto (shortfall)
dovrà essere fornito con fonti alternative
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Vantaggi e svantaggi delle fonti alternative rispetto alle fonti di energia fossili
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L’ 80 % di tutta l’energia mondiale proviene da fonti fossili ( petrolio + gas + carbone )
petrolio gas carbone nucleare idro biomassa
35%
21% 23%
6,7% 2,4%
11%
Quale tipo di energia consumiamo sul pianeta ?
M. Usai 22
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distribuzione in % dei giacimenti di gas distribuzione in % dei giacimenti di petrolio
nordamerica
centrosud
america
europa exunione
sovietica
mediooriente
africa estremooriente
6,0 9,6
1,8 6,3
65,1
7,0 4,2 4,9 4,6 3,5
37,8
35,0
7,4 6,9
M. Usai
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Quale prezzo paghiamo nell’uso delle fonti fossili ?
• Piogge acide prodotte dall’immissione nell’atmosfera di Zolfo
• Continuo aumento della concentrazione dei gas serra nella atmosfera terrestre
come; anidride carbonica (CO2), il metano (CH4), protossido di azoto (N2O)
e dell‘Ozono (O3) Aumento dell’effetto serra
CO
2 [
ppm
]
270
290
310
330
350
1000 1200 1400 1600 1800 2000
anno
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Effetto serra • Aumento della temperatura della superficie terrestre
• Aumento delle precipitazioni
• Diminuzione dei ghiacciai
• Crescita del livello del mare
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Energia e fusione: le sfide del futuro
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Si prevede che il fabbisogno mondiale di energia
•aumento del 50% del valore attuale nei prossimi 30 anni e che
• raddoppi nei prossimi 50 anni,
a causa di:
• aumento della popolazione* e
• aumento dei consumi di energia pro capite in molti paesi emergenti.
Il massimo aumento della domanda presumibilmente verrà dai paesi
in via di sviluppo come la Cina e l’India.
* benché alcune previsioni stimano che ci sarà un piccolo calo dell’incremento della popolazione verso la
fine del secolo, tuttavia, ci stiamo ancora dirigendo verso circa 9 miliardi di persone entro il 2050
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione\
Linee guida mondiali attuali
• Utilizzare meno petrolio e più gas e/o carbone
• Ricorrere ad una rigorosa politica di uso intelligente dei
combustibili
• Sviluppare tutte le tecnologie che non producono CO2.
Una soluzione alternativa
potrebbe essere
La fusione termonucleare controllata
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
L'Europa, come le altre zone del mondo industrializzato, ha
poche risorse proprie, che consentono di produrre energia
senza emissioni di gas a effetto serra. Per arrestare il continuo
aumento della dipendenza dall'energia importata, occorre
mettere a punto nuove fonti di energia pulita.
Si prevede che la fusione termonucleare controllata come
fonte di energia, sarà realizzabile entro la metà del secolo
(2050).
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L’obiettivo finale dell’uso del processo fisico della
fusione termonucleare controllata
sarà quello di
• sostituire le centrali termoelettriche per coprire l’aliquota
più alta della richiesta di energia (fondamentalmente quasi
tutta la base della richiesta costante dei diagrammi di
carico)
e
• assumere un ruolo significativo nell'offrire una soluzione
sostenibile e sicura al fabbisogno di energia dell'Europa e
del mondo.
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Vantaggi della fusione
La fusione presenta alcuni vantaggi significativi per le considerazioni ambientali,
operative e di sicurezza.
• Le risorse di combustibile di base richiesto sono abbondanti in natura e si
trovano praticamente ovunque sulla Terra :
Deuterio →D o H2 e Litio→Li
(il Litio è necessario per produrre il Trizio → T o H3);
• Il residuo della fusione è l’Elio (He) un gas “nobile” (poco reattivo, come i
combustibili di base non tossico, esistente nell’atmosfera)
• Si prevede che il combustibile intermedio (Trizio → T o H3) sarà prodotto dal
Litio →Li nel mantello del reattore. La disponibilità del Trizio è dunque legata
a quella del Litio ( la sua disponibilità è prevista per la durata di 1.000.000 di
anni).
• Il Trizio è un materiale radiattivo, ma per il funzionamento giornaliero di una
centrale elettrica a fusione la quantità richiesta di Trizio è limitata, ciò consentirà
di ridurre fortemente i problemi legati allo stoccaggio di materiale radioattivo.
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Disponibilità di risorse della fusione
Il funzionamento di un reattore a fusione richiede una miscela di
combustibile di due isotopi dell’idrogeno:
Deuterio (D) e Trizio (T) in quantità limitate infatti
↓
100 mg di miscela Deuterio- Tritio
producono una quantità di energia
↓
equivalente a quella producibile con una 1 tonnellata di carbone.
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7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Disponibilità di risorse della fusione
Il Deuterio (D o H2) e il Trizio (T o H3), detto
anche idrogeno-3) sono isotopi dell’idrogeno.
L’Idrogeno ha un nucleo composto da un solo
protone,
il Deuterio ha un nucleo è composto da un
protone e un neutrone
Esso constituisce lo 0.01% dell’idrogeno presente in natura ed
è quindi abbondante in qualsiasi materiale contenente idrogeno
(come l’acqua: un litro d’acqua contiene circa 120 mg di
Deuterio)
il Trizio ha un nucleo è composto da un protone e
due neutrone.
Esso è praticamente inesistente in natura perché è un elemento
instabile e decade spontaneamente.
La disintegrazione del Trizio comporta l'emissione di particelle
β e la trasformazione in Elio-3 , materiale non radiottivo.
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• Le scorie secondarie sono costituite dalle strutture metalliche del reattore che si attivano nel periodo di funzionamento.
• In figura sono riportati i tempi di decadimento complessivo delle scorie secondarie e l’inquinamento dai rifiuti:
• ≈ 100 anni per la fusione
• da 100 a 1000 anni per la fissione
Produzione di scorie primarie e secondarie
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Vantaggi della fusione
• L'energia di fusione costituisce una fonte di energia sostenibile, su grande
scala.
• Rispetto alla energia eolica, solare e delle maree ha il vantaggio di essere
indipendente dalle condizioni climatiche e consente un'erogazione continua
e in quantità considerevoli per tutto l'arco di tempo giornaliero e annuale.
• I raggi beta β generati negli impianti a fusione nucleare, possono essere
assorbiti solo dagli strati più esterni della pelle umana, perché solo le
particelle beta con energia più elevata possono penetrare attraverso la
pelle ( circa il 10% negli impianti a fusione nucleare).
• e così generalmente non sono pericolosi per la vita a meno che la
sorgente non venga inalata o ingerita. In questo caso i danni sarebbero
invece maggiori di quelli causati da qualsiasi altra radiazione ionizzante.
Per dosaggi elevati comparirebbero tutti i sintomi tipici dell‘avvelenamento
per radiazione.
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Capacità di penetrazione dei raggi alfa α, beta β e gamma γ
La radiazione alfa α, beta β e gamma γ interagiscono profondamente con la
materia, provocando una intensa ionizzazione, poiché sono in grado di distruggere
i legami chimici.
Questo fenomeno è estremamente accentuato per le particelle γ, meno per le β e
ancora meno per le α.
i raggi γ sono assorbiti anche da
grossi spessori di calcestruzzo spessore alcuni mm
spessore alcuni cm
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Rutherford dimostrò che :
•i raggi α sono costituiti da nuclei di elio, aventi carica 2+ e numero di massa 4; essi sono
indicati con il simbolo ,
•i raggi β sono fasci di elettroni veloci, che sono indicati con il simbolo , che non hanno
massa rilevante e che portano una carica negativa:
•i raggi γ sono radiazioni elettromagnetiche, come la luce e i raggi X, ma con frequenza ed
energia maggiori.
24
2 H
10
1
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Vantaggi della fusione
• L’unico materiale radiattivo presente nel processo della fusione è dunque
il Trizio.
• Il 90% delle scorie dovute al Trizio hanno una bassa radioattività che si
esaurisce in 12,5 anni.
Gli impianti a fusione nucleare potrebbero ridurre notevolmente le quantità
di materiale di stoccaggio di materiale radiottivo, che ha caratterizzato i
processi attuali della fissione nucleare che produce scorie ad altissima
radioattività che impiegano da 100 a 1000 anni per esaurirsi e quindi un
lungo periodo di tempo che coinvolge molte generazioni future.
• Le centrali a fusione producono un gas di scarico non radioattivo (Elio) e
• non producono gas ad effetto serra che influisce sul riscaldamento globale.
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Svantaggi della fusione
Attualmente non è ancora possibile controllare il processo della
fusione nucleare e
l’obiettivo
↓
da raggiungere è che le centrali a fusione nucleare abbiano
intrinseche caratteristiche di sicurezza, ossia
↓
dovranno essere impossibili gli incidenti di:
•runaway → ( perdita del controllo del processo) o di
•meltdown → (danneggiamento del cuore del reattore per sovra-
temperatura)
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La fusione
Il fenomeno fisico naturale della fusione avviene continuamente nel
sole e nelle stelle.
Gli atomi degli elementi leggeri, come l'idrogeno, che si trovano al
centro del Sole, con temperature di circa 15 milioni di gradi Celsius
( 15 106 C°) e pressioni gravitazionali elevatissime, si scontrano e
si fondono. Per via delle grandissime dimensioni del Sole, questo
processo produce grandi quantità di energia.
Sulla Terra, gli scienziati hanno costruito impianti capaci di
produrre temperature 10 volte più elevate di quelle presenti
all'interno del Sole ( >150 106 C°), per rendere possibile l'uso della
fusione come fonte energetica utilizzabile sulla Terra.
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Alle alte temperature gli atomi diventano completamente ionizzati - ossia gli
elettroni e i nuclei atomici si separano, formando uno stato della materia
chiamato plasma.
Il plasma , al contrario dei gas, per la sua costituzione è molto sensibile ai
campi magnetici.
Un aspetto negativo consiste nella necessità di far lavorare l’impianto a
temperature molto elevate, richieste per ottenere un plasma che
garantisca un funzionamento efficiente degli impianti a fusione nucleare .
il gas viene riscaldato a temperature superiori ai 150 milioni di gradi Celsius
(150 106 C°) per generare il plasma. Per produrre energia a questa
temperatura, esso deve essere contenuto e regolato, infatti a queste
temperature non esistono materiali che possano entrare in contatto con il
plasma senza danneggiarsi irrimediabilmente.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Poiché il plasma, contrariamente ai gas, è molto sensibile ai campi
elettromagnetici, esso può essere contenuto e regolato mediante
campi magnetici molto potenti.
La sfida della ricerca attuale per la fusione nucleare
consiste
nell'utilizzare le conoscenze scientifiche e tecnologiche sul
fenomeno della fusione, per confinare e regolare il plasma e quindi
poter usufruire di una fonte di energia affidabile, sicura, rispettosa
dell'ambiente e producibile in grandissima quantità.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
La fusione nucleare è stata studiata per scopi bellici e per
scopi pacifici.
Sebbene i materiali combustibili Deuterio e il Litio (per la
produzione del Trizio) sono facilmente reperibili per tutti i
paesi del mondo,
↓ la fusione nucleare è realizzabile con applicazioni
multifisiche avanzate e dunque lo studio e la ricerca
finalizzate al suo futuro utilizzo, comportano :
• il coinvolgimento di molti centri di ricerca specialistici e
• finanziamenti economici importanti da parte di più paesi.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
L’importanza dello studio per l’applicazione di questa tecnologia
fu percepita da diversi paesi europei e nel 1985 Gorbaciov
ipotizzo’ un progetto per la realizzazione di una centrale a
fusione nucleare .
Il suo progetto è stato portato avanti sino ai nostri giorni e
attualmente sono coinvolti nel progetto 34 governi (più della metà
della popolazione mondiale) e si prevede
↓
nella migliore delle ipotesi di poter produrre energia elettrica con
questo tipo di centrali solo nel 2050 ( anche se originariamente si
prevedeva di raggiungere l’obiettivo nel 2030).
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
• Nel 1985 Gorbaciov propone a USA, Europa e Giappone il progetto per costruire un nuovo reattore per lo sviluppo della fusione per scopi pacifici, il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
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Breve storia della ricerca nel campo della fusione nucleare
• I primi studi risalgono agli anni 20-30 del ventesimo secolo (Rutherford e altri)
• Negli anni 50 viene realizzata la fusione nella bomba H a reazione termo-nucleare , messa a punto dal premio Nobel per la pace Andrej Sacharov e Igor’ Tamm insignito del premio Nobel per la Fisica.
Essi progettano il primo Tokamak.
• Nel 1962 A. Sacharov protestò con il segretario del partito comunista Nikita Chruscev per una nuova serie di esperimenti atomici che riteneva ingiustificati e non necessari, ma non venne ascoltato. Da allora il fisico divenne uno scienziato dissidente.
• Negli anni 60-70 lo studio della fusione si è diffuso presso tutti i maggiori paesi industrializzati. Allora si prometteva che dopo 30 anni sarebbe diventata l’energia del futuro. In particolare il trattato EURATOM (European Atomic Energy Community) ha istituito la Comunità Europea dell’Energia Atomica (Euratom stata istituita nel 1957 ed è operativa da giugno 1960).
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All the World’s Tokamaks
More than 50 devices
T3 DIII-D JET
ITER
4m 4m
The plan
JET ITER DEMO
Volume 90 m3 840 m3 1000 – 2400 m3
Fusion power 16.1 MW 500 MW 1.8 – 2.1 GW
Power factor
(Q)
0.65 10 15 – 40
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•La Comunità Europea dell‘Energia Atomica (EURATOM) è stata inizialmente istituita per coordinare i programmi di ricerca degli Stati Membri per l'uso pacifico dell'energia nucleare.
Oggi essa aiuta a raggruppare le conoscenze, le infrastrutture, e il finanziamento dell'energia nucleare e garantisce la sicurezza dell'approvvigionamento dell'energia atomica nel quadro di un sistema di monitoraggio centralizzato.
• Negli anni 70 l’ENEA realizza nei laboratori di Frascati il primo Tokamak FT (Frascati Tokamak) operativo dal 1977 e il Tokamak FTU (Frascati Tokamak Upgrade) operativo dal 1990.
• http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/lenergia/nucleare/fusione-nucleare
• https://www.youtube.com/watch?v=7snQW8ItHsE
• Nel 1978 inizia la realizzazione del JET (Joint European Torus) nei pressi di Oxford, il primo Tokamak costruito dalla Comunità Europea, che ottiene risultati incoraggianti.
• http://www.ccfe.ac.uk/JET.aspx
• https://www.youtube.com/watch?v=-MHRmxCEvwc
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JET (Joint European Torus) Oxford UK nel centro
UKAEA United Kingdom Atomic Energy Autority
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JET (Joint European Torus) Oxford UK nel centro
Sezione trasversale della camera di fusione del reattore JET
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JET (Joint European Torus) Oxford UK nel centro
UKAEA United Kingdom Atomic Energy Autority
Grandezze caratteristiche del JET
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• Il 5 Febbraio 2007 Giappone ed EURATOM hanno firmano un
accordo di collaborazione per attività comuni nel campo delle ricerche
sulla energia da fusione nucleare.
• L’ENEA = Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo
sviluppo economico sostenibile è l’unica interfaccia italiana con
EURATOM e, sulla base di una delibera del CIPE del 1983, coordina e
pianifica, attraverso specifici accordi di collaborazione o di
associazione con altri organismi di ricerca nazionale, tutte le ricerche
nel campo della fusione attraverso il Contratto di Associazione
EURATOM-ENEA.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Le ricerche coordinate dall’ENEA sono svolte in collaborazione con:
• il CNR (Istituto di Fisica del Plasma di Milano),
• il Consorzio RFX di Padova,
• il Politecnico di Torino,
• il Consorzio CREATE (Università di Cassino, Napoli e Reggio
Calabria),
• l’Università di Catania e
• le Università di Roma Tor Vergata e La Sapienza.
Il gruppo di ricerca dell’Associazione EURATOM-ENEA è, per volume
di attività, secondo solamente a quello tedesco. Nella collaborazione
europea riveste particolare rilevanza la gestione comune del grande
esperimento di fusione JET (Joint European Torus-Regno Unito), in cui
l’ENEA ha un ruolo importante.
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
EURATOM partecipa, attraverso l’Agenzia Europea Fusion for
Energy (F4E), alla realizzazione del progetto internazionale ITER
avviato nel 2006, per lo sviluppo dell’energia da fusione, per la
costruzione di un impianto a Cadarache nella Provenza in Francia,
che vede attualmente coinvolti:
• l’UE Unione Europea,
• la Federazione Russa,
• gli Stati Uniti, il Giappone,
• la Cina, l’India e
• la Corea del Sud.
L’ENEA è inoltre presente nell’ Advisory Committee dell’EURATOM Supply Agency,
operativa dal 1960, che agisce sotto la supervisione del Commissario Europeo per l’Energia.
La missione dell’Agenzia è quella di garantire che tutti gli utenti della UE godano di un
regolare ed equo approvvigionamento di minerali e combustibili nucleari (materie grezze e
materiali speciali fissili).
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
https://www.iter.org/
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Attualmente il progetto ITER, come si vede nella mappa mondiale che
mostra i paesi coinvolti e coordinati dal programma europeo, si pone
come la più importante collaborazione scientifica internazionale ed è un
punto di riferimento per il mondo scientifico.
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I futuri sviluppi della fusione a confinamento magnetico:
•il progetto internazionale per la costruzione di un reattore nucleare,
ITER (International Thermonuclear Experimental), la cui
costruzione sorgerà in Francia a Cadarache* (Provenza),
(*Cadarache è un centro di ricerca nucleare già esistente prima dell’inizio dei
lavori per l’ITER, nel territorio comunale di Saint-Paul les Durance a 35 km a
nord-est di Aix en Provence).
•gli studi sul reattore commerciale a fusione .
Parallelamente vengono compiuti studi sulle applicazioni industriali
e tecnologiche dei plasmi, ricerca su nuovi materiali in grado di
sopportate le temperature di esercizio, che vengono svolti in diversi
centri di ricerca (in Italia presso il Consorzio RFX a Padova e i
centri di ricerca dell’ENEA) .
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Il limite principale per l’applicazione dei Tokamak è legato alla
potenza dei campi magnetici che devono contenere il plasma ,
affinchè esso non tocchi mai il contenitore toroidale (vessel).
Quando si riuscirà a produrre magneti sufficientemente potenti
i tokamak diventeranno reattori in grado di produrre enormi
quantità di energia. Per ottenere campi magnetici intensi
occorre realizzare bobine che possano essere attraversate da
correnti elevate e per questo motivo si cerca di realizzarle con i
superconduttori che devono lavorano a temperature molto
basse per ridurre la loro resistenza (fisica della criogenia)e le
insostenibili perdite di potenza per effetto Joule.
58
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Per ottimizzare il funzionamento il Tokamak del JET e dell’ITER sono stati modificati e
presentano una sezione a forma della lettera D.
59
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Vedi http://www.iter.org/video/301
60
Tokamak foundations
Piattaforma
Impianto ITER
2014
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Assembly Building è la struttura finalizzata a tutte le attività di pre-assemblaggio dei
componenti del dispositivo ITER.
Questo vasto laboratorio ospiterà strumenti su misura e due gru montacarichi da 750
tonnellate in grado di trasportare per tutta la lunghezza dell'edificio i componenti di pre-
assemblaggio per l'ITER Tokamak.
Vedi video: https://www.youtube.com/watch?v=dkUtvRso_58
https://www.youtube.com/watch?v=pt70mO2nQac
61
Spider Hall 11/settembre 2015
Stato attuale di avanzamento dei lavori https://www.youtube.com/watch?v=uhwQlDxJuzQ
Esempio di macchina per il trasporto eccezionale delle parti da assemblare Un rimorchio di 800 ton ha viaggiatoininterrottamente per 3 notti per raggiungere l’ITER, partendo da Marsiglia
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
Impianto completato era previsto per il 2016-2018,
attualmente la data è stata spostata al 2027-2030
64
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
https://www.youtube.com/watch?v=cVIouJuN2pM
65
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
66
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
67
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
68
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental), Caradache (Francia)
69
Sezione del Tokamak
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), Caradache
(Francia)
70
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Si sottolineano alcuni numeri significativi per comprendere
l’enormità del progetto:
•150.000.000 °C temperatura necessaria per innescare la fusione
•23000 t (tonnellate) il peso degli elementi da assemblare
•500 numero dei ricercatori che lavorano all’ITER
•15 miliardi di euro è il costo totale presunto per raggiungere gli
obiettivi progettuali
•15 miliardi di euro è il costo presunto di gestione annuale
dell’impianto
•20 anni la vita prevista per il reattore a fusione ITER
(tempo entro il quale si dovrebbero ammortizzare i costi)
71
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Lo schema concettuale per le future centrali elettriche a fusione
si basa sulle linee di ricerca attuali; in particolare il Tokamak,
che a scopo dimostrativo ha già generato per pochi secondi
energia pari a 16 MW.
Problema
I meccanismi della fusione non sono ancora sufficientemente
conosciuti per una dimostrazione scientifica e tecnologica
esaustiva della fusione, anche se la Ricerca Scientifica per la
tecnologia richiesta per costruire una centrale elettrica
commerciale sta andando avanti.
L'approccio coordinato e collaborativo adottato dall'Europa ha
reso possibile l'attuazione di progetti congiunti, che è culminata
con il JET (Joint European Torus) sito ad Abingdon (Regno
Unito).
72
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Sito del JET (Joint European Torus) ad Abingdon vicino ad Oxford nel Regno Unito.
Culham Science Centre, Abingdon Oxfordshire OX14 3DB United Kingdom
73
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
74
Il volume del plasma nel JET
raggiunge circa 150 metri cubi
Nella prima figura è riportata una
immagine dell’interno del JET.
Si noti la sezione non è quella circolare
del toro ma è stata modificata a forma
di D per favorire il prelevamento delle
impurità del processo di fusione nella
parte inferiore dove è stato inserito il
Divertore.
Nella seconda figura è interessante
vedere l'immagine della macchina
precedente con il plasma riscaldato al
suo interno che diventa luminescente.
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
JET (Joint European Torus)
75
Reattore Tokamak visto dall'esterno con tutti
i collegamenti alle molte e sofisticate
apparecchiature
per il controllo dell’intero sistema.
Il Jet è ancora il più potente al mondo.
Il JET essendo molto complesso, sofisticato e
costoso e richiede tante competenze
eccellenti e finanziamenti elevati.
Per questi motivi attualmente ogni Stato
membro non può intraprendere
autonomamente la costruzione, anche se i
paesi più ricchi intendono costruire un
impianto autonomamente nella fase DEMO.
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Il JET attualmente è la sola macchina in grado di funzionare con il
combustibile composto da deuterio e trizio, ossia con il combustibile
che si intende utilizzare nelle future centrali elettriche commerciali a
fusione.
Circa 2000 tra scienziati e tecnici lavorano attualmente alla necessaria
gamma di progetti nel campo della fisica e della tecnologia della
fusione in più di 30 laboratori sparsi negli Stati membri e nei paesi
associati.
Questa operazione congiunta e coordinata ha dato vita a un modello di
“Spazio Europeo della Ricerca” ed ha collocato l'Europa
all'avanguardia mondiale nella ricerca sulla fusione.
76
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Dimensioni a confronto degli impianti ITER e JET
77
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Collaborazione
ITER è una collaborazione multinazionale tra paesi coinvolti nella
ricerca sulla fusione a livello mondiale. Si basa sul consenso tra tutti i
partecipanti. In un certo modo, estende al mondo intero il modello di
ricerca e sviluppo europeo che ha avuto successo nel programma
Euratom (The European Atomic Energy Community) sulla fusione
con JET.
Studi concettuali e di ingegneria per ITER hanno portato ad un
disegno progettuale dettagliato, finalizzato nel 2001. Questo disegno
è stato sostenuto da un grande programma di ricerca che ha stabilito
la fattibilità pratica di ITER e ha coinvolto l’industria per la
costruzione di prototipi in scala reale dei componenti fondamentali di
ITER. I risultati positivi dei test su questi componenti, come i
magneti superconduttori, hanno dato uno slancio importante alla
fiducia nel progetto.
78
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Oltre a scienziati e ingegneri della fusione, il progetto ITER
richiederà una vasta gamma di personale altamente qualificato.
Le sfide
La costruzione e il funzionamento di ITER sono una sfida
internazionale di alto livello per la scienza, l’ingegneria e la
tecnologia, perché si lavora al limite della conoscenza umana.
Questa sfida è basata sugli esperimenti di fusione più
importanti, come il JET di Euratom, JT-60 in Giappone e il
TFTR negli Stati Uniti, e gli esperimenti di fusione nel
programma Euratom: tutti hanno fornito esperienza e dati
sulla fisica e tecnologia della fusione in preparazione a ITER.
La sfida scientifica è grande e fortemente alimentata dal bisogno
globale di fonti di energia pulita e sostenibile.
79
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Ubicazione
ITER a Cadarache ( Provenza- Francia)
Il reattore ITER (International Thermonuclear Experimental
Reactor) sarà costruito presso il sito europeo prescelto, a
Cadarache nel sud della Francia. A Cadarache esiste già un
grande centro di ricerca per l’energia , del Commissariato per
l’Energia Atomica francese.
Il contributo europeo al progetto ITER sarà gestito da una
organizzazione europea che avrà sede a Barcellona,
Spagna.
80
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER è stato progettato in modo da poter essere costruito sul
territorio di uno qualsiasi dei paesi partecipanti. Il progetto
finale del reattore ha definito un elenco di criteri, che ogni
area scelta per l’ubicazione di ITER avrebbe dovuto
soddisfare.
Dopo parecchie discussioni, il sito di Cadarache è stato
selezionato da una lista di quattro possibili siti nel mondo. Il
sito di costruzione copre una superficie totale di circa 40
ettari, con altri 30 ettari disponibili per uso temporaneo
durante la costruzione.
I requisiti fondamentali per il sito ITER comprendevano:
• una capacità di raffreddamento termico di circa 450 MW e
• una fornitura di energia elettrica fino a 120 MW.
81
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Ubicazione
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor ) a Cadarache ( Provenza- Francia)
Ubicazione del complesso di ITER
82
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
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Costi dell’Impianto
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Reattore ITER: componenti principali
84
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Percentuale dei costi previsti
L’Italia ( ENEA) in collaborazione con l’ASG Superconductors ( ex Ansaldo Magneti
stabilimento nei pressi del porto di La Spezia), sta realizzato insieme al Giappone i
superconduttori per le bobine superconduttrici, dell’ITER, che rappresentano la parte
fondamentale del sistema per la realizzazione del reattore e, come riporta il grafico, la più
costosa.
85
https://www.youtube.com/watch?v=oibMeHoMJEs
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
86
Le bobine per Iter sono a forma di anello, di 300 tonnellate l’uno, alti 16 metri e
larghi 9,5.
Ognuno contiene 700 metri di cavi in lega di niobio stagno, trattati e inseriti in
armature di acciaio inossidabile con un procedimento lungo e articolato. Dovranno
essere 70 e tutte precise al decimo di millimetro, nonostante le dimensioni.
A fine anni 90 la il settore magneti dell’Ansaldo era da smantellare, ma la famiglia
Malacalza, nel 2001 ha rilevato l’azienda, l’ha rinominata ASG Superconductors
e l’ha rimessa al centro della sfida dell’industria al servizio della ricerca.
Attualmente le competenze acquisite hanno permesso all’azienda creare altre due
aziende:
• la Columbus che produce cavi superconduttivi, anche per il Cern, e
• la Paramed, che fa sistemi di risonanza magnetica “all’aperto”, eliminando i
problemi di claustrofobia.
Vedi http://www.paramedmedicalsystems.com/medical-systems/filiera-high-tech-0000703.html
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER - la prossima fase
ITER - come “itinerario” - è un progetto internazionale di ricerca
e sviluppo concepito per compiere il grande passo successivo
nello sviluppo dell'energia di fusione, prendendo come punto di
partenza le conoscenze fisiche costituite e la tecnologia
collaudata. L’ITER rappresenta il primo progetto completo
dell'impianto di fusione con le dimensioni di una centrale
elettrica convenzionale.
87
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
ITER - la prossima fase
Negli ultimi dieci anni, l’ITER è diventato un piano
ingegneristico dettagliato, pronto ad essere realizzato, per cui
i modelli o prototipi dei principali componenti tecnologici sono
stati costruiti dall'industria e sono stati collaudati sotto tutti gli
aspetti. In base a questa esperienza, l'industria ha valutato i
costi di costruzione in maniera approfondita.
Attualmente si sta procedendo all’assemblaggio delle diverse
parti.
La collaborazione internazionale necessaria per produrre le
specifiche progettuali di ITER ha utilizzato un meccanismo
inedito poiché ha coordinato questo progetto di grande
impegno tecnico riunendo formazioni multiculturali e
geograficamente lontane e disperse.
88
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Cooperazione mondiale
Per la specificità e singolarità di tutti i componenti del sistema
esistono pochi ricercatori in grado di coordinare e
comprendere tutte le problematiche inerenti l’intero
impianto, che sarà realizzato per produzione di energia
utilizzando il processo della fusione nucleare.
Questo risultato scientifico ragguardevole è stato reso possibile
dall'intervento dei maggiori scienziati e tecnici appartenenti
a centri di ricerca, a università e a imprese industriali di tutto
il mondo, che hanno costituito una compagine forte di
centinaia di addetti, nell'ambito di una collaborazione
strettamente subordinata alla logica del progetto.
89
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Per costruire e far funzionare l’ITER sarà necessaria una
collaborazione di livello mondiale.
Per la costruzione dell'impianto sono stati proposti siti su tre
continenti. Unione europea, Canada, Giappone, Federazione
Russa e, dal 2003, Stati Uniti d'America, Repubblica popolare
cinese e Repubblica di Corea, sono impegnati nei negoziati con
cui sarà organizzata l'attuazione del progetto.
Si prevede che saranno coinvolti anche altri paesi interessati.
90
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione 91
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
I negoziati per la progettazione dell’ITER riguardano:
• la costruzione,
• il funzionamento e
• la dismissione di ITER, ma anche voci come
• la divisione dei costi,
• la struttura direttiva,
• i diritti di proprietà intellettuale e
• il sito.
Le attività tecniche di sostegno continuano a mantenere l'integrità
del progetto, studiano gli adattamenti progettuali per particolari
siti e avviano i preparativi per l'elaborazione della
documentazione per la concessione della licenza.
92
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Energia di fusione
Il progetto ITER comprenderà gran
parte delle soluzioni tecnologiche
necessarie per una futura centrale
elettrica a fusione.
Il tokamak ITER, alto 24 metri e
largo 30 metri, sarà più piccolo
di una centrale elettrica
convenzionale.
93
Produrrà energia termica con una potenza massima di 500 MW,
in un plasma di fusione toroidale con un volume di 800 m3
contenuto mediante forti campi magnetici. L'impianto offrirà
una dimostrazione della produzione di energia per una durata
prolungata, nella prospettiva finale di un funzionamento a
regime costante.
uomo
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Il reattore ITER produrrà energia in quantità da 5 a 10 volte
superiore alla quantità di energia necessaria per
mantenere il plasma a temperatura di fusione (150
milioni di gradi Celsius), dimostrando in tal modo la
fattibilità dell'energia di fusione e della “combustione”
continua.
Fisici ed ingegneri potranno sviluppare e ottimizzare le
tecnologie, i componenti e le strategie di regolazione per
le successive centrali a energia di fusione.
94
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Strategia a lungo termine:
Produzione commerciale di energia
Secondo la programmazione prevista per la produzione di
energia di fusione, la produzione commerciale sarà
disponibile entro 50 anni.
Dopo ITER sono previste due ulteriori generazioni di
macchine sperimentali:
DEMO sarà utilizzato per dimostrare tutte le tecnologie che
accompagnano il reattore e per produrre, per la prima
volta, quantità significative di elettricità a partire
dall'energia di fusione; mentre
PROTO funzionerà come un prototipo di centrale elettrica,
che integrerà gli eventuali dettagli tecnologici restanti e
dimostrerà la fattibilità della produzione elettrica a titolo
commerciale.
95
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Accelerazione degli studi per la fusione
Un recente studio di esperti ha elaborato un'impostazione
“accelerata” che potrebbe dimostrare la fattibilità
tecnica dell'energia di fusione su un arco di tempo di 25-
30 anni, a partire dalla costruzione del sistema ITER.
Per ottenere questo risultato, occorre eseguire in parallelo
fasi di ricerca sequenziali, come la realizzazione
congiunta dell'IFMIF (International Fusion Materials
Irradiation Facility) nel contesto della cooperazione
internazionale, mentre alcune delle sperimentazioni
tecnologiche previste per DEMO dovrebbero essere
integrate nell'esperimento ITER.
96
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Accelerazione degli studi per la fusione
Si possono individuare due fasi internazionali di ricerca che
saranno sviluppate e coordinate parallelamente :
L’IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) è
finalizzato al progetto, sviluppo, costruzione e test di un prototipo di
acceleratore a energia ridotta, da costruire in Europa e installare in
Giappone. In particolare sviluppa studi e ricerche per ottimizzare e
testare materiali da sottoporre a sollecitazioni estreme tipiche in
prossimità del plasma per un reattore a fusione.
All’ITER seguirebbe un unico esperimento DEMO/PROTO, che
produrrebbe un prototipo credibile di reattore a fusione per la
produzione di energia elettrica.
97
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Le due fasi internazionali di ricerca con la realizzazione congiunta dell'IFMIF
integrato nell'esperimento ITER, saranno sviluppate e coordinate parallelamente,
A queste due fasi seguirà un unico esperimento DEMO/PROTO
98
DEMO/PROTO
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
99
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
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M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
101
IFMIF: schema di funzionamento
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
102
Le organizzazioni impegnate in attività di progettazione IFMIF
EU
Commissariat à l'Energie Atomique (CEA, France)
Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e L'Ambiente (ENEA,Italy)
Forschungszentrum Karlsruhe (FZK,Germany)
Institut fur Angewandte Physik-Universitat Frankfurt (IAP,Germany)
JAPAN
Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI)
RUSSIAN FEDERATION
Institute for High Energy Physics (IHEP)
USA
Argonne National Laboratories (ANL)
Los Alamos National Laboratories (LANL)
Oak Ridge National Laboratories (ORNL)
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Recentemente L’EURATON, considerati:
• i ritardi accumulati nelle scadenze delle fasi di ricerca sui
materiali che avrebbero dovuto rivestire il contenitore del
plasma e
• la forte lievitazione dei costi di questa fase della ricerca
rispetto a quelli preventivati,
↓
ha stabilito di iniziare a realizzare i materiali dei componenti che
si affacciano sul plasma (prima parete interna del contenitore e
divertore) in tungsteno, che attualmente è il materiale più
resistente alle alte temperature, mentre si continuerà a sviluppare
in parallelo fase di ricerca sui materiali con alta percentuale di
grafite che richiede tempi superiori rispetto a quelli preventivati.
103
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Evoluzione e sviluppo previsti della tecnologia della fusione
nucleare
104
Il tokamak Tore Supra è situato nel centro di ricerca nucleare di Cadarache
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Evoluzione e sviluppo previsti della tecnologia della fusione nucleare
105
Giappone
EURATOM: Inghilterra
EURATOM: Francia
Giappone
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Il programma europeo di ricerca sulla fusione
Il programma europeo è quindi totalmente coordinato e integrato a
livello europeo.
Esso viene attuato mediante due meccanismi principali: Contratti
di associazione tra Euratom e Stati membri UE (o
organizzazioni di tali Stati) e Stati terzi associati con l'Euratom.
Tutti gli Stati membri partecipano in questo modo, oltre alla
Svizzera (dal 1979) e più recentemente la Repubblica ceca,
l'Ungheria, la Lettonia e la Romania. I ricercatori della
Bulgaria, della Repubblica slovacca e della Slovenia
partecipano a più riprese nell'ambito di contratti a termine
relativi a progetti specifici.
106
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
The European Fusion Development Agreement (EFDA)
L‘EFDA o European Fusion Development Agreement
(Accordo Europeo sullo Sviluppo della Fusione) è un accordo tra
le istituzioni europee di ricerca sulla fusione e la Commissione
europea per rafforzare il loro coordinamento la collaborazione, e
la partecipazione ad attività collettive.
Le sue attività includono il coordinamento delle fisica e della
tecnologia nei laboratori dell'Unione europea, lo sfruttamento del
più grande esperimento del mondo fusione, il Joint European
Torus (JET) nel Regno Unito, la formazione e lo sviluppo della
carriera dei contributi dell'Unione europea e fusione alle
collaborazioni internazionali.
107
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
L‘EFDA o European Fusion Development Agreement
(Accordo Europeo sullo Sviluppo della Fusione) fa parte del
programma europeo EURATON (European Atomic Energy
Community) della commissione europea.
108
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
La costruzione dell’ITER ha avuto inizio e si è programmato
che il primo plasma di ITER si accenderà nel 2016.
http://www.iter.org/
In particolare
http://www.iter.org/video
http://www.efda.org/
The European Fusion Development Agreement (EFDA)
http://www.efda.org/usercases/students_and_educators.htm
109
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Il costo presunto per la realizzazione dell’ITER era stato
supposto doppio rispetto al costo attuale della produzione di
energia con centrali termiche che utilizzano il petrolio come
combustibile, ma occorre tener conto che la disponibilità di
petrolio è in diminuzione ed è destinata ad esaurire.
Con il passare del tempo i reattori potranno diventare una vera
alternative per soddisfare richiesta di energia elettrica,
attualmente coperta dalle centrali tradizionali termiche.
110
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
In termini macroscopici nelle centrali a fusione nucleare:
1kg di questo combustibile rilascia 108 kWh di energia e
dovrebbe provvedere alle richieste di una stazione di 1 GW di
potenza elettrica per un giorno.
111
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Finalità principale
La finalità principale dello sviluppo di questa tecnologia si può riassumere in queste belle parole:
Con altre sorgenti energetiche, la fusione partecipa allo sforzo che deve permettere di proporre alle generazioni future qualcosa di meglio che una terra svuotata delle sue risorse (principalmente petrolio e carbone) e ingombra dei suoi rifiuti ( CO2 , scorie radioattive, etc..).
Si tratta allo stesso tempo di ragione e giustizia, dato che questo proviene da chi ha consumato senza freno.
J.Waisse, IAEA (2002)
M. Usai 112
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Al di là dei bei propositi e delle belle parole lo
Stato Attuale della tecnologia
è schematizzabile nei seguenti punti fondamentali
• La fusione nucleare è realizzabile
• E’ un’energia pulita e disponibile in quantità praticamente illimitata
• E’ di interesse strategico per il mondo e in particolare per l’Italia che ha poche altre risorse energetiche
• Ma i tempi attualmente previsti per i progetti per la sua realizzazione sono troppo lunghi a causa di: – Investimenti insufficienti
– Burocrazia
– Tempi decisionali troppo lunghi
– Pianificazione finalizzata più alla sperimentazione che al raggiungimento di obiettivi concreti.
– Difficoltà di affrontare lo studio nella sua interezza. Il fenomeno della fusione è dovuto a molti fenomeni fisici che avvengono in parallelo con costanti di tempo diverse. Lo sviluppo della ricerca richiede alte competenze che attualmente sono disponibili settorialmente. In altre parole attualmente sono pochi i ricercatori che hanno le competenze necessarie per studiare e valutare la complessità di tutti i fenomeni e in grado di coordinare lo sviluppo della ricerca nella totalità degli aspetti.
M. Usai 113
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Al di là dei bei propositi e delle belle parole lo
Stato Attuale della tecnologia
è schematizzabile nei seguenti punti fondamentali
• E’ possibile accelerare i progetti di realizzazione facendo maggiori investimenti, semplificando gli iter burocratici e finalizzando i progetti al raggiungimento di obiettivi concreti in tempi brevi.
• Inoltre gli interessi economici in gioco sono enormi e tanti i paesi interessati e questo complica ulteriormente lo sviluppo.
M. Usai 114
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
)
M. Usai 115
Le associazioni EURATOM
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
)
Euratom - CEA (France, Cadarache)
Euratom - CIEMAT (Espagne, Madrid)
Euratom - Confédération Suisse
CRPP-Lausanne Euratom - DCU (Irlande))
DCU- Dublin
UCC -Cork
Euratom - ENEA (Italie)
ENEA-Frascati (FTU)
ENEA-CNR Milano
ENEA-Padoue (RFX)
Euratom - TEC (Groupement d'Association)
- Belgique Ecole Royal Militaire (Bruxelles)
SCK/CEN-Mol
- Pays-Bas FOM
NRG-Petten
- Allemagne FZJ-Jülich (TEXTOR)
Euratom - FZK (Allemagne, Karlsruhe)
Euratom - HAS (Hongrie, Budapest)
RMKI-KFKI-Budapest
KFKI-AEKI-Budapest
Euratom - République Hellénique (Grèce)
NTUA - National Technical University of Athens
Demokritos (Athènes)
The University of Ioannina,
Euratom - IPP (Allemagne, Garching)
Euratom - IPP-Prague (République Tchèque)
Euratom - IST (Portugual, Lisbonne)
Euratom - NASTI (Roumanie, Bucarest)
Euratom - NFR (Suède, Stockholm)
Alvén Laboratory-Stockholm
Chalmers-Göteborg
Euratom - ÖAW (Autriche, Vienne)
Institut für Allgemeine Physik-Vienne
University of Innsbruck,
Österreichisches Forschungszentrum-Seibersdorf,
Technische Universität Graz,
Atominstitut der österreichischen Universitäten-Vienne,
Euratom - RISOE (Danemark, Roskilde)
Euratom - TEKES (Finlande, Helsinki)
Euratom - UKAEA (UK, Culham
Le associazioni EURATOM
M. Usai 116
Italia
www.ccfe.ac.uk
www.euro-fusion.org
www.iter.org
How to find out more…
Culham Centre
for Fusion Energy
@fusionenergy
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
)
M. Usai 118
http://www.fusione.enea.it/WHERE/fusit.html.it
7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Alcuni siti internet di maggiore interesse
• Consorzio RFX
http://www.igi.pd.cnr.it/
• Joint European torus (JET)
http://www.jet.uk/
• Max planck Institute for plasma physics (IPP)
http://www.ipp.mpg.de/
• ENEA
http://ftu.frascati.enea.it/
• CEA Cadarache
http://www-cad.cea.fr
M. Usai 119
M. Usai 7a_EAIEE_FUSIONE_NUCLEARE_Introduzione
Indirizzi utili
ITER: http://www.iter.org/
EFDA: http://www.efda.org/
JET: http://www.jet.efda.org/
ENEA: http://www.fusione.enea.it/
Dr. Rosa Antidormi & Christopher Ibbott
Direzione generale Ricerca
E-mail:
http://ec.europa.eu/research/energy/fu/article_1122_en.htm
Pubblicazione prodotta da:
Commissione europea
Direzione generale Ricerca
E-mail: Research DG contacts
http://ec.europa.eu/research
Unità Informazione e comunicazione
B-1049 Bruxelles
Fax: +32 2 295 82 20
120