Lo stato dell’arte ed il ruolo dell’Italia nel progetto di fusione nucleare
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Ecco perché oggi vogliamo parlarti di ITER.
ITER può essere definito come il progetto energetico più ambizioso al mondo, nell’attuale periodo.
Esso è l’acronimo di International Thermonuclear Experimental Reactor e volutamente richiama anche il significato originario latino di “percorso” o “cammino”.
L’obiettivo di ITER è realizzare un dispositivo di fusione magnetica che possa utilizzare la fusione stessa come fonte di energia: in pratica, si vuol dimostrare la fattibilità di riprodurre su larga scala lo stesso principio che alimenta il Sole e le stelle, quindi energia “pulita”.
ITER si propone di fare ciò attraverso la produzione di un plasma di fusione (in fisica, il plasma è un gas ionizzato, formato da elettroni e ioni e globalmente neutro: pertanto, esso è considerato come il quarto stato della materia) che riesca a generare una potenza maggiore della potenza richiesta per riscaldare il plasma stesso. Per tale ragione, si può affermare che ITER sarà il primo dispositivo di fusione a produrre energia netta.
Ma non solo, in quanto sarà anche il primo dispositivo di fusione a testare le tecnologie integrate, i materiali e i regimi fisici necessari per la produzione commerciale di elettricità basata sulla fusione.
Quando nasce ITER?
L’idea di un esperimento di fusione che potesse prevedere un coinvolgimento di forze a livello internazionale nasce nel 1985.
Da allora, migliaia di ingegneri e scienziati di Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti sono impegnati nella costruzione del dispositivo sperimentale ITER. La costruzione è tuttora in corso a Cadarache, in Provenza, nel sud della Francia.
Qual è l’obiettivo principale di ITER?
Partiamo da una premessa: la quantità di energia di fusione che un tokamak (vedremo nel dettaglio cos’è) è in grado di produrre è il risultato diretto del numero di reazioni di fusione che avvengono nel suo nucleo. Ne consegue che, più grande è il “vaso” (e parleremo più avanti della fase di assemblaggio dello stesso), maggiore è il volume del plasma e maggiore è il potenziale di energia di fusione.
Premesso ciò e detto che il Tokamak di ITER potrà contenere un volume di plasma dieci volte superiore a quello della macchina più grande attualmente in funzione, possiamo elencare i principali obiettivo del progetto:
- produrre 500 MW di potenza da fusione;
- dimostrare il funzionamento integrato delle tecnologie per una centrale elettrica a fusione;
- ottenere un plasma deuterio-trizio in cui la reazione è sostenuta attraverso il riscaldamento interno;
- dimostrare la fattibilità della produzione di trizio all’interno del recipiente a vuoto;
- dimostrare le caratteristiche di sicurezza di un dispositivo di fusione.
Che cos’è la fusione?
Pare opportuno soffermarci in particolare sul concetto di fusione, visto che è alla base di tutto il procedimento che coinvolgerà ITER.
La fusione è il processo tramite il quale il Sole e le stelle producono energia: in essi, infatti, i nuclei di idrogeno si scontrano, fondendosi in atomi di elio più pesanti che rilasciano notevoli quantità di energia.
Per essere riprodotta in laboratorio, servono tre condizioni:
- temperatura molto alta (circa 150.000.000 °Celsius);
- sufficiente densità delle particelle di plasma;
- sufficiente tempo di confinamento per trattenere il plasma.
Nel Tokamak, vengono utilizzati potenti campi magnetici per confinare e controllare il plasma.
Pertanto, la fusione nucleare vuole porsi come alternativa di produzione energetica alla fissione, con la quale non va confusa. Essa è impiegata oggi nelle centrali nucleari che ottengono energia dal decadimento di alcuni atomi.
Che cos’è un Tokamak?
Il termine Tokamak deriva da un acronimo russo che sta per “camera toroidale con bobine magnetiche” visto che il primo modello fu sviluppato proprio nell’ex Unione Sovietica alla fine degli anni ’60.
Entriamo più nello specifico e cerchiamo di capire che cos’è il Tokamak, ossia il “cuore” tramite il quale poter attuare ITER.
Sappiamo che le centrali elettriche attuali utilizzano combustibili fossili o energie rinnovabili al fine di alimentare una potenza meccanica che convertirà tale potenza in elettricità.
Allo stesso modo, il Tokamak può essere definito come una macchina sperimentale che vuole sfruttare l’energia della fusione per produrre elettricità.
All’interno del Tokamak, infatti, le pareti assorbono l’energia prodotta dalla fusione degli atomi e successivamente tale energia immagazzinata verrà utilizzata per produrre elettricità tramite generatori e turbine.
Tutto ciò è reso possibile dalla struttura del Tokamak, pensato come una camera a vuoto a forma di ciambella: al suo interno, l’idrogeno gassoso diventa un plasma grazie all’influenza del calore e della pressione.
Come detto, ITER sarà il più grande Tokamak del mondo, con dimensioni doppie della macchina più grande attualmente in funzione e con un volume della camera del plasma dieci volte superiore.
Quali sono state e quali saranno le fasi di ITER?
Cerchiamo di delineare un breve excursus storico sulle tappe che hanno caratterizzato e il progetto ITER, nonché sullo stato dell’arte dei lavori.
Come accennato in precedenza, l’idea di sfruttare il processo di fusione per la produzione di energia risale al 1985 ma solo nel 2005 v’è stata la decisione formale di collocare materialmente il progetto del reattore a fusione nucleare in Francia.
Dopo la firma dell’accordo e la creazione dell’Organizzazione ITER, nei due anni successivi, dal 2007 al 2009, s’è provveduto a preparare un sito di 42 ettari nel sud della Francia, che è stato disboscato e livellato.
Il 2010 è stato l’anno in cui è stata avviata la costruzione della struttura portante del Tokamak.
Solo nel 2014, invece, è iniziata la costruzione del Tokamak, che dovrebbe terminare proprio nel 2021. L’anno successivo si procederà alla fase di assemblaggio principale e solo nel 2024-2025 si procederà alla chiusura del criostato.
L’edificio centrale del Tokamak è stato consegnato all’organizzazione del marzo del 2020 ed il primo grande evento di tale procedimento è stata l’installazione della base del criostato da 1250 tonnellate nel maggio 2020 (il succitato “vaso”). Di fatto, tale operazione ha ufficialmente iniziato l’assemblaggio di ITER.
Il mese di dicembre del 2025, infine, è la data-obiettivo per il primo plasma di ITER: in quell’occasione, la macchina sarà accesa per dare inizio al primo atto del programma. Entro 10 anni sarà riscaldato il primo plasma confinato da campi magnetici per vedere, quindi, nel 2035 le prime reazioni di fusione nucleare tra gli isotopi di idrogeno deuterio e trizio (la scienza della fusione del ventesimo secolo, infatti, ha identificato la reazione di fusione più efficiente in ambiente di laboratorio come la reazione tra due isotopi di idrogeno, deuterio (D) e trizio (T)).
Naturalmente, a causa della pandemia COVID-19 in corso, tali termini potrebbero subire delle variazioni: già i lavori sul sito hanno subito una riduzione e sono state messe in atto diverse misure di sicurezza precauzionali. Senza contare che le varie misure di blocco, come la chiusura temporanea di officine o fabbriche, operate dai singoli Stati membri potrebbero influenzare la consegna dei componenti critici.
Qual è il ruolo dell’Italia?
L’Italia è presente nel progetto ITER tramite ENEA, ossia l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile.
Essa partecipa alla realizzazione di ITER attraverso l’agenzia europea Fusion for Energy, tramite l’offerta di contributi nei campi della superconduttività, della componentistica interfacciata al plasma, della neutronica, della sicurezza, dei sistemi di “remote handling” mediante bracci robotizzati e della fisica del plasma.
ENEA, tra le altre cose, inoltre, coordina il programma nazionale che vede impegnati circa 600 tra ricercatori e tecnologi, in cui è coinvolto il CNR, il Consorzio RFX, diverse università e consorzi universitari.
Non solo: l’Italia è protagonista anche per la produzione di componenti poiché vi sono molte aziende che hanno vinto più del 50% delle commesse di ITER, per un valore superiore a 1,3 miliardi di euro.
Qualche esempio che ha visto in tal senso l’Italia protagonista in prima linea:
- la consegna al sito di Cadarache del primo dei 18 giganteschi magneti superconduttivi (10 dei quali verranno realizzati in Europa) destinati al progetto;
- i 5 km di cavi superconduttori al suo interno, progettati e realizzati dal Consorzio Icas che unisce ENEA con due aziende di punta del settore, la Criotec Impianti e la Tratos Cavi.
Si può affermare, quindi, che il “Belpaese” è ottimamente rappresentato e gioca un ruolo di assoluto valore. Ciò non deve meravigliare poiché l’Italia è tra i pionieri della ricerca sulla fusione, con attività avviate già alla fine degli anni Cinquanta.
Considerazioni finali
Considerata l’emergenza climatica nel globo terrestre, consentire l’uso esclusivo di energia pulita sarà un miracolo per il nostro pianeta, come ha affermato Bernard Bigot, direttore generale di ITER.
La fusione, infatti, insieme all’energia rinnovabile, consentirebbe ai trasporti, agli edifici e all’industria di funzionare con l’elettricità con evidenti vantaggi sull’inquinamento e sull’impatto climatico.
Anche se ITER non sarà la soluzione immediata al problema dell’energia pulita ed economica, è evidente come esso rappresenti la base fondamentale per la progettazione della prossima generazione di reattori a fusione.
Gli scienziati stanno già pensando al futuro: i progetti concettuali per i tokamak in grado di fornire energia sostenibile e distribuibile a livello globale sono già in corso.
In pratica, la strada verso un futuro con energia sicura e sostenibile pare delineata, l’obiettivo è solo percorrerla.
