L’ENEA: ESITO POSITIVO PER L’ESPERIMENTO FAST SULLA FUSIONE CALDA

L’Enea ha dato, in un breve comunicato, l’annuncio dell’esito positivo dell’esperimento Fast per testare alcune componenti che andranno a far parte del più grande reattore a fusione ITER, in costruzione a Cadarache nel sud della Francia. Questo esperimento condotto in Italia conferma la validità del progetto internazionale che dovrebbe condurre al primo reattore a fusione funzionante nel 2018. Nel dicembre 2011 l’Ue  ha concesso un finanziamento di 1,3 miliardi di euro per l'avvio del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) per il biennio 2011-2013. La parte italiana degli esperimenti viene condotta  al centro sperimentale Enea di Frascati. Il Generatore di Neutroni di Frascati è una camera toroidaile dalla larghezza di 90 cm all'interno della quale viene 'sparato' il plasma. Si va avanti dai primi anni novanta, tutte le settimane. Al plasma vengono aggiunti pochi milligrammi di deuterio. Con sistemi di sconfinamento magnetico viene mantenuto a distanza costante dalle pareti del cilindro.  L'intera apparecchiatura e' raffreddata con sistemi ad azoto liquido. 
A ogni sessione sperimentale il plasma gira per due secondi. A ogni sparo si registrano i paramenti per indagare soprattutto le interazioni con i componenti. Lo scopo della fusione sta nel portare il plasma, composto di deuterio e trizio, entrambi isotopi dell'idrogeno, a temperature solari di 100 milioni di gradi. Fondendosi, i neutroni generano particelle di elio e si produce energia  attraverso il differenziale di massa, che nel mantello di rivestimento viene trasformata in calore. La conferma delle ipotesi progettuali
della struttura del reattore, dei sistemi di isolamento del plasma e di contenimento dei neutroni prodotti, e dei sistemi di conversione in calore, è un buon successo per i ricercatori di Enea. Con oggi si è registrata un'altra  tappa importante per il percorso dell'umanità verso la fusione nucleare."Un prototipo del sistema (oltre un metro di spessore)" - spiega Enea in una nota - "che comprende il mantello, il vessel e i magneti superconduttori è stato realizzato e irraggiato con il Generatore di Neutroni del Centro ENEA di Frascati". L'Enea parteciperà attivamente alla costruzione del reattore ITER. Si è appena aggiudicata una commessa insieme alla CRIOTEC Impianti Srl, esperta nella realizzazione di componenti operanti alle bassissime temperature, e la TRATOS Cavi S.p.a, leader a livello internazionale nella produzione di cavi elettrici, elettronici e a fibre ottiche, di tipo Cable-In-Conduit (CIC) da utilizzarsi per la costruzione dei magneti per il reattore internazionale ITER e per quello giapponese JT-60SA.
La commessa, che avrà la durata di 5 anni per un valore pari a circa 49 milioni di Euro, verrà gestita da un costituendo consorzio denominato ICAS (Italian Consortium for Applied Superconductivity), che sarà coordinato dall'ENEA.

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Per capire l’importanza dell’esito positivo dell’esperimento Fast comunicato dall’Enea riporto la seguente intervista, concessa circa un anno fa  dall’esperto dell’Enea Angelo Tuccillo, Responsabile del Laboratorio Fisica della Fusione a Confinamento Magnetico,  al sito NextMe:

NM: Egregio dott., il progetto Iter sembra essere promettente per il futuro energetico mondiale. Può spiegarci brevemente i vantaggi di queste tecnologia rispetto ad altre nucleari attualmente utilizzate?

AT: Diciamo subito che, per quanto riguardo la ricerca sulla produzione di energia da fusione nucleare, di cui ITER (International Thermonuclear Experiment Reactor) costituirà la punta di diamante, non si tratta di giungere a novità solo di tipo tecnologico ma soprattutto scientifico. ITER infatti dovrà dimostrare la possibilità di accendere un piccolo sole sul nostro pianeta in grado di fornire energia utilizzando come combustibile l’idrogeno (suoi isotopi). Quest’ultimo è un elemento estraibile dall’acqua comune, bene pressoché illimitato, basti pensare al mare. Ne basterebbe un centinaio di litri per produrre l’energia necessaria per l’intera vita di un uomo. Qualche numero di confronto fra possibili centrali elettriche, per 1 GW si consuma (consumerebbe) in un anno:

 3 Milioni di Tonnellate di Carbone

24 Tonnellate di Ossido di Uranio (circa 1 metro cubo, 3% 235U)

340 kg di Deuterio-Trizio (isotopi dell’idrogeno)

Con la fusione si renderebbe disponibile, su larga scala, un’energia pulita, sicura ed economicamente competitiva. Ad esempio i consumi di cui sopra producono collateralmente:

9 milioni di tinnellate di anidride carbonica

24 tonnellate di combustibile esaurito altamente radioattivo (scorie problema serio) ed attivazione delle strutture della centrale

340 kg circa di elio, ovvero il gas usato per riempire i palloncini, e ovviamente l’attivazione delle strutture della centrale (problema minore)

NM: Ultimamente la ricerca sul nucleare si è fatta particolarmente intensa, vista la situazione critica per l'energia sul pianeta. Tuttavia esperimenti sulle fusioni nucleari a bassa energia (come l'E-cat di Rossi e Focardi) suscitano ancora dubbi sulla loro efficienza, ma una fusione nucleare classica sembra implicare un costo di ingresso maggiore del ricavato energetico in uscita. Ci può dire quali miglioramenti per questa problematica potrebbe apportare il progetto Iter?

AT: Negli attuali esperimenti sulla fusione termonucleare – o classica come lei dice – il ricavato in termini d’energia non c’è, perché gli esperimenti realizzati finora non sono dei reattori, ma macchine per lo studio del gas d’idrogeno fortemente riscaldato. Il gas viene ionizzato, intrappolato nel vuoto con campi magnetici, fortemente compresso e riscaldato – a temperature di circa cento milioni di gradi – mediante l’immissione di una elevatissima potenza (fasci di particelle neutre e onde a radiofrequenza). Lo scopo è cercare i regimi più utili per aumentare il margine di successo del primo esperimento di reattore a fusione, che è appunto ITER. Ancora una volta, lo sottolineo, si tratta di un esperimento, non di una macchina con finalità di produzione energetica del tipo di un reattore a fissione nucleare sul cui funzionamento si sa abbastanza. L’esperimento mira a individuare la validità concettuale della fusione termonucleare finalizzata alla produzione energetica, ed è prevista solo una modesta produzione di potenza per scopi puramente dimostrativi. Una volta che ITER avrà raggiunto i suoi obiettivi, il primo reattore a fusione che dimostrerà l’effettiva produzione energetica sarà un’altra macchina: DEMO. Non esprimo pareri diretti su esperimenti, come quello da lei citato, che non conosco nei dettagli, ma vorrei ricordare un principio basilare ed irrinunciabile della ricerca scientifica: qualsiasi esperimento per essere riconosciuto ed accettato deve essere RIPRODUCIBILE, non vorrei sembrare polemico nel ricordare l’esperimento di Pons e Fleishman.

NM: In termini pratici, possiamo dire che Fast sarà come un esperimento pilota per l'avvio di Iter? Quale sarà il contributo dell'ENEA alla sua realizzazione?

AT: A me piace pensare a FAST come lo “Sparring Partner” di ITER. Lo scopo della macchina FAST è di semplificare/aiutare la preparazione delle operazioni di ITER e cominciare a studiare soluzioni per DEMO. Grazie alla sua maggiore semplicità e flessibilità, permetterà di individuare e provare scenari di plasma e soluzioni tecniche in tempi e con costi molto più bassi che se fossimo costretti ad affrontare tutto lo sviluppo su ITER stesso. A titolo di esempio:

si stima che una scarica di ITER costerà circa 1 milione di euro e richiederà un grosso lavoro di preparazione, una di FAST alcune decine di migliaia di euro, e probabilmente solo qualche ora di preparazione. Se pensiamo che per sviluppare uno scenario servono decine, se non centinaia di scariche.

FAST non userà il combustibile nucleare di ITER, cioè la miscela deuterio-trizio, ma solo deuterio, questo ne fa una macchina decisamente meno complicata da gestire, con possibilità di intervento senza problematiche nucleari aggiunte. Inoltre sarà disegnata appositamente per consentire un semplice avvicendamento di parti di prova, soprattutto per quanto riguarda le soluzioni nella zona di smaltimento dell’energia, il cosiddetto “Divertore”, e permetterà la prova di diversi materiali per questi componenti, ivi comprese soluzioni con metalli liquidi

Tutto ciò sarà possibile, e direttamente rilevante per ITER e DEMO, perché, nonostante la sua ridotta complessità, FAST manterrà parametri di assoluto interesse reattoristico e soprattutto studierà i vari aspetti in maniera integrata, cioè simultaneamente, così come avverrà in ITER e DEMO, cosa che nessun esperimento fin’ora realizzato può fare.

Il progetto, o se vogliamo la proposta di esperimento satellite, FAST nasce in ENEA, con il contributo di tutta la comunità scientifica fusionistica Italiana. Come lei sa l’ENEA coordina il programma Fusione Italiano nell’ambito del programma Europeo, oltre al Unità Tecnica Fusione dell’ENEA fanno parte del programma, l’Istituto di Fisica del Plasma del CNR di Milano, il Consorzio RFX di Padova, il Consorzio CREATE fra le università del sud Italia e molte università fra cui il Politecnico di Torino e quello di Milano. È questa comunità, di cira 540 addetti, che costituisce l’Associazione ENEA-Euratom e che sostiene e realizzerà FAST insieme all’industria Italiana estremamente qualificata nel settore come dimostrano le grandi commesse già acquisite nell’ambito della realizzazione di ITER. (l’Italia ha già ottenuto più della metà in valore delle gare emesse per le parti tecniche più importanti di ITER per un importo di circa 600 milioni di euro). Ovviamente la proposta FAST sarà inserita nel programma Europeo e la definizione del suo progetto avverrà con il contributo scientifico dei nostri partner Europei ed internazionali.

NM: Quando si prevede che il reattore Iter potrà essere a regime? Quale vantaggio netto di energia possiamo attenderci?

AT: Si prevede l’inizio delle operazioni di ITER nel 2020-21, con una fase di preparazione in idrogeno o elio, senza cioè l’uso del combustibile finale (deuterio-trizio) che sarà usato nella seconda metà del decennio quando cominceranno ad arrivare i risultati scientifici che ci si attende. Come già detto sopra ITER non produrrà energia usabile, per questo dovremo aspettare i risultati di DEMO e a seguire il reattore. Con un po’ di ottimismo possiamo prevedere questo obiettivo dopo la prima metà del secolo.

 NDR: Se per quella data avremo anche ridotto la spaventosa crescita della popolazione mondiale riportandola a un rapporto uomo-natura meno antropocentrico e più accettabile, si potrebbe essere meno pessimisti sulla possibilità di salvare la Terra e la specie umana dalla distruzione cui oggi siamo avviati con le nostra condotta.