La Fusione Nucleare

Il sole dell’avvenire

M.Samuelli – UTS Fusione

Statement di George W. Bush (30/1/2003)

Ho il piacere di annunciare che gli Stati Unitiparteciperanno a ITER,un ambizioso progettoper verificare la promessa della energia dafusione. I risultati di ITER faranno avanzare glisforzi per produrre energia da fusione pulita, sicura, rinnovabile e commercialmentecompetitiva entro la metà di questo secolo. La commercializzazione della fusione potràdrammaticamente migliorare la sicurezzadell’approvvigionamento energetico e allostesso tempo di ridurre significantemente la polluzione dell’aria e le emissioni di gas serra.

Discorso di Claudie Haigneré Ministro francese della Ricerca e delle Nuove

Tecnologie (1/7/2003)

Il Governo francese si impegnerà a fondo per la realizzazione del reattorea fusione nella convinzione che la vita futura dipenderà largamente dallanostra comune capacità di fare o non fare ricerca sulla fusione controllata

Discorso di Yanhua LIU Vice-Ministro cinese della Scienza e

Tecnologia (18/2/2003)

La fusione è una sorgente potenzialedi energia per il genere umanoinnocua, sicura e ambientalmenteamichevole. La Cina ha bisogno dellaenergia da fusione più urgentementedi ogni altro paese. La Cina intendeoperare per esplorare gli usi pacificidell’energia da fusione ed esserneuno dei primi utilizzatori.

La fusione nucleare

Vantaggi della fusione

Combustibile praticamente inesauribileCombustibile uniformemente distribuito sulla terra (no tensioni internazionali)Nessun rischio di incidente nucleare coinvolgente ilterritorio (il combustibile nella zona di reazione è troppo poco per dare luogo ad un rilascio incontrollatodi energia, ogni malfunzionamento blocca la reazione)No rifiuti radioattivi a lunga vita (non richiededeposito geologico) – Possibilità di reazioni esenti daprodotti radioattivi eliminando così ognipreoccupazione legata al nucleareNessuna polluzione o produzione di gas serra

Alcune reazioni nucleari di fusione

D + T -> He4 + n Q=17.6 Mev ( σ ≈ 10 barn a ≈ 100 kev)

n + Li6 -> He4 + T Q=4.8 MeV

D + D ->T + p // He3 +n (50%) Q=4.03//3.27 MeV (σtot=1barn a ≈ 1 Mev)

p + B11 -> 3He4 Q=8.7 MeV (σ ≈ 1 barn a ≈ 600 keV)

Reazioni di fusione nelle stelle

p + p -> D

D + p >He3

He3 + He3->He4 + p +p

C12+ p ->N13->C13+ p->N14+ p ->O15->N15 + p ->C12 + He4

Ma cosa è ?

E’ una cosa difficile

Repulsione elettrostatica F = - Z1Z2e2/r2 (nel vuoto)PlasmaInstabilitàMoti turbolentiPiccola sezione d’urtoPolitica internazionaleNo dramma energetico

Diversi tipi di fusione nucleare

Confinamento inerzialeConfinamento magnetico[Fusione fredda]

Fusione magnetica e fusione inerziale

F=-Z1Z2e2/r2 T >108 kEProdotta/vol~ n2<σv>τEImmessa/vol~ nT

Fattore di merito -> n τ f(T)

La meta agognata

P~nT

Fusione Magnetica

n≈ 1014 part/cm3

τ≈ 1 secDimensioni del plasma≈ 1000 m3

Fusione Inerziale

Si comprime il plasma oltre la densità dellostato solido (n ≈ 1025

cm-3)τ≈ 100 psDimensioni del plasma≈ 10-6 cm3

Ignizione

D + T -> He4(3.5 MeV) + n(14.1)Mev Q=17.6 MevSe l’energia rilasciata nel plasma dallealfa (He4) > perdite di energia dalplasma Ignizione Se <, è necessario continuare a fornire energia al plasma per mantenerlo a temperaturatermonucleare

Fusione fredda

Nei solidi la repulsione coulombianapuò essere schermata da effetticollettivi degli elettroni del reticolo e non è più necessario riscaldare per fornire l’energia necessaria a superare la barriera coulombiana.

Fusione fredda

Elettrolisi con elettrolita deuteratoCatodi specifici (ad es. Palladio)Tramite elettrolisi si fa entrare nelreticolo del catodo il deuterio fino a portarlo ad una concentrazione(part./cm3) dell’ordine di quella degliioni costituenti il reticolo

Fusione fredda

Si ha sviluppo di calore (≤1W) quando la concentrazione del deuterioè dell’ordine di quella dell’elementodel catodo ma sono imprevedibilil’inizio del fenomeno e la durataSi ha qualche evidenza ditrasmutazioni nucleari

A che punto siamo

Il futuro

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – UE,Fed.Russa,USA, Giappone,Cina,Corea,(Canada)

NIF (National Ignition Facility)

ITER - Estimated total cost of costruction

Chi siamo

Struttura Fusione UEIl CCE-FU è un organo del Consiglio dei Ministri UE

CCE-FU

Circa 20 Associazioni

EFDA ST

Central Support Unit JET (Culham)

Central Support Unit Tec. ITER e Long Term (Garching)

Le principali Associazioni con Euratom

Germania (3 Associazioni) 40%Italia (Euratom-ENEA) 20%Francia (Euratom-CEA) 20%Gran Bretagna (Euratom-UKAEA)10%

____90%

In base alla delibera CIPE del 19/10/1983E’ affidata all’Enea la responsabilità diprogrammare e controllare tutte le ricerchesulla fusione svolte dall’Italia sia nei proprilaboratori,sia in imprese comuni europee, sia in collaborazioni internazionaliI preesistenti contratti di Associazione con Euratom di CNR ed ENEA vengonoriunificati in un unico Contratto ENEA-Euratom. L’Associazione italiana con Euratom sulla fusione si identifica quindicon quella ENEA-Euratom.

Associazione Euratom-ENEA

Associazione Euratom-ENEA

ENEA CNR MI CONS. RFX

POLITO CREATE Univ.Catania

La fusione in Italia –Personale(non tutto a tempo pieno - 2002)

pers profGruppo di ricerca Euratom

ENEA 304 126Cons RFX 170 97CNR Milano 42 21Cons CREATE 46 42POLITO 33 24Univ Catania __ 5__________ 5_

600 315

No Gruppo di ricercaIgnitor 10 9Altro (Fus.Fredda–Spin off) 10 5

La Fusione in ENEA – Budget ed entrate (media annuale dal 1996 -

MEuro )

EntrateEuratom ~ 10Altri contratti ~ 0.7(Ignitor)Fondi di rotazione 22.5

~33.2Uscite

Attività programmatiche ~ 8.5

JET 1.5

~10

Attività della Fusione in Italia (1)

Fisica Grandi apparati sperimentali: FTU, RFX, ABCJETProgetto Ignitor Diagnostiche, Teoria, CodiciFusione fredda

Attività della Fusione in Italia (2)

TecnologieSuperconduttivitàRemote handling e sensoristicaSistemi di riscaldamento RFTermofluidodinamicaMaterialiNeutronica,FNG, DPFControlliCiclo del combustibile

Studi socioeconomici e impatto ambientale

FTU Frascati

FTU Frascati

RFX Padova

ABC Frascati

FNG – Frascati Neutron Generator