Spazio e Scienze

Fusione nucleare, in Italia è lotta per il sito di ricerca

Manca poco più di un mese e l'ENEA renderà pubblico il sito che ospiterà l'infrastruttura di ricerca sulla fusione nucleare DTT (Divertor Tokamak Test) che prevede investimenti per 500 milioni di euro. All'ENEA sono pervenute nove richieste da parte di Abruzzo, Campania, Emilia-Romagna con un sito in tandem con la Toscana, Lazio, Liguria (con due siti), Piemonte, Puglia e Veneto.

Valutata la rispondenza ai requisiti del bando, quali l'estensione dell'area, la compatibilità con il piano regolatore urbanistico, le certificazioni ambientali, la presenza di infrastrutture e aree industriali e le eventuali sinergie, si procederà all'assegnazione.

La Divertor Tokamak Test facility (DTT) è uno dei progetti di ricerca scientifica e tecnologica più ambiziosi nell'ambito della produzione di energia da fusione nucleare, con ricadute di grande rilievo a livello italiano ed europeo. L'investimento previsto è di circa 500 milioni di euro di fondi privati e pubblici dei quali, ad oggi, circa 60 milioni già decisi da EUROfusion, 40 milioni di euro del MIUR e altri 40 impegnati dal MiSE a partire dal 2019.

Ideata dall'ENEA in collaborazione con CNR, INFN, Consorzio RFX, CREATE e alcune prestigiose università, la DTT prevede il coinvolgimento di oltre 1500 persone direttamente e nell'indotto per realizzare una macchina in grado di fornire risposte ad alcune delle maggiori problematiche della fusione: la gestione dei grandi flussi di potenza prodotti dal plasma combustibile e i materiali a prova di temperature elevatissime.

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L'obiettivo è di creare una struttura di 'collegamento' tra i grandi progetti internazionali di fusione nucleare ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) e il reattore DEMO che dopo il 2050 dovrà produrre energia elettrica da fusione nucleare, un processo che consente di ottenere energia rinnovabile, sicura, economicamente competitiva e in grado di sostituire i combustibili fossili arrivando a riprodurre l'energia delle stelle, ovvero il meccanismo fisico che alimenta gli astri.

DTT sarà un cilindro ipertecnologico alto 10 metri con raggio 5, all'interno del quale saranno confinati 33 metri cubi di plasma alla temperatura di 100 milioni di gradi con una intensità di corrente di 6 milioni di Ampere e un carico termico sui materiali fino a 50 milioni di watt per metro quadrato (oltre due volte la potenza di un razzo al decollo).

Il plasma "scaldato" lavorerà a una temperatura di oltre 100 milioni di gradi, i 26 km di cavi superconduttori in niobio e stagno e i 16 km di quelli in niobio e titanio, distanti solo poche decine di centimetri, saranno a 269 °C sotto zero. I materiali superconduttori di ultima generazione realizzati dall'ENEA in collaborazione con l'industria di settore consentiranno al plasma all'interno di DTT di raggiungere una densità di energia confrontabile a quella del futuro reattore.

Bersaglio di tutta la sorgente di potenza sarà il divertore, elemento chiave del tokamak e il più sollecitato dalle altissime potenze, composto di tungsteno o metalli liquidi, rimuovibili grazie a sistemi altamente innovativi di remote handling.

La promessa dietro la fusione è enorme: rappresenta una fonte di energia a zero emissioni e senza combustione. Quel che ci servirebbe contro il riscaldamento climatico. Il problema è che finora ogni esperimento ha funzionato in deficit energetico, ossia ha prodotto meno energia di quella usata per consentire la fusione.

Sembra però che malgrado le grandi delusioni, qualcosa sia pronto a cambiare in un arco temporale di qualche decina di anni, forse meno. Il MIT di Boston e una nuova azienda privata chiamata Commonwealth Fusion Systems hanno annunciato che puntano a portare la fusione nucleare sulla rete entro 15 anni. Lo scrive il Guardian.

Le due hanno scelto un nuovo approccio, che prevede l'uso di semiconduttori ad alta temperatura che, secondo loro, consentiranno di creare il primo reattore a fusione al mondo in grado di produrre più energia rispetto a quella richiesta per consentire la reazione di fusione.

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Riproduzione dell'esperimento tokamak SPARC. Usando magneti ad alto campo costruiti con nuovi superconduttori, questo esperimento mira a essere il primo a controllare la fusione del plasma per produrre un'uscita netta di energia.

Bob Mumgaard, CEO dell'azienda privata Commonwealth Fusion Systems (che ha attratto un investimento di 50 milioni di dollari dall'italiana Eni), ha spiegato che l'obiettivo è "avere una centrale elettrica funzionante in tempo per combattere i cambiamenti climatici. Pensiamo di avere la scienza, la velocità e le dimensioni per mettere l'energia da fusione sulla rete in 15 anni".

In precedenza si parlava di circa 30 anni, ma il team del MIT crede di poter dimezzare il tempo usando nuovi materiali superconduttori per produrre magneti ultrapotenti, uno dei componenti principali di un reattore a fusione. Il professore Howard Wilson, fisico del plasma della York University, ha spiegato che "la parte entusiasmante di tutto sono i magneti ad alto campo".

La fusione lavora sul concetto base di unire elementi più leggeri per crearne di più pesanti. Quando gli atomi di idrogeno vengono compressi a sufficienza, si fondono insieme per produrre elio, liberando enormi quantità di energia. Questo processo però produce energia solo a temperature estreme, simili a quelle del centro del Sole. Un livello impossibile per qualsiasi materiale solido.

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Da sinistra a destra: Martin Greenwald, deputy director del MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC); Dan Brunner, CTO di Commonwealth Fusion Systems (CFS); Zach Hartwig, assistente professore di ingegneria nucleare; Brandon Sorbom, chief science officer di CFS; Bob Mumgaard, CEO di CFS; Dennis Whyte, direttore del PSFC.

Per aggirare il problema si usano potenti campi magnetici che mantengono in posizione il plasma caldo – una zuppa gassosa di particelle subatomiche – per impedire che entri in contatto con qualsiasi parte della camera a forma di ciambella in cui è contenuto.

Un nuovo materiale superconduttore – un nastro d'acciaio rivestito con un composto chiamato ossido di ittrio-bario-rame (YBCO) – ha permesso agli scienziati di produrre magneti più piccoli e potenti. E questo, potenzialmente, riduce la quantità di energia da immettere per ottenere la reazione di fusione. "Più alto è il campo magnetico, più compattamente puoi comprimere quel carburante", ha affermato Wilson.

L'esperimento di fusione in programma, chiamato SPARC ed evoluzione del tokamak studiato e rifinito per decenni, dovrebbe essere molto più piccolo – un sessantacinquesimo del volume – del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Il reattore sperimentale è stato progettato per produrre circa 100MW di calore. Anche se non trasformerà quel calore in elettricità, produrrà, a impulsi di circa 10 secondi, una quantità di energia sufficiente per alimentare una piccola città.

Gli scienziati prevedono che l'output dovrebbe essere più del doppio della potenza usata per riscaldare il plasma, raggiungendo così il traguardo: una quantità di energia netta positiva derivante dalla fusione.

A differenza dei combustibili fossili, o del combustibile nucleare come l'uranio usato nelle reazioni di fissione, non si verificherà mai una carenza di idrogeno. La reazione inoltre non crea gas a effetto serra o produce rifiuti radioattivi pericolosi come quelli dei reattori convenzionali a fissione nucleare.


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