Translate

martedì 3 febbraio 2015

Fusione calda: aggiornamenti


( In alto: Il tokamak TVC realizzato a Losanna)


Nel silenzio generale dei media prosegue l'avventura scientifica e tecnologica della fusione nucleare calda, l'impresa che potrebbe aprire nuove prospettive all'umanità, grazie alla possibilità di ottenere energia pulita, priva di emissioni e sempre disponibile. Mentre i verdi e i cosiddetti movimenti ecologisti si gingillano con le energie "rinnovabili", una pia illusione che non riesce a decollare nonostante si cerchi di estrarre energia dal sole e dal vento ormai da quasi settanta anni, alcune migliaia di ricercatori sono all'opera per realizzare la macchina in grado di riprodurre sulla terra l'energia che si genera nel nucleo delle stelle.

Nel 2014 nel Lawrence Livermore Laboratory in California, il professor Omar Hurricane è riuscito ad innescare una reazione di fusione in una micro bolla di gas di deuterio e trizio su cui hanno sparato contemporaneamente 192 laser immettendovi l'energia necessaria a riprodurre le condizioni di pressione e temperatura del centro di una stella: l'energia ottenuta è risultata di poco superiore a quella immessa dimostrando così la fattibilità tecnica della reazione di fusione.

In Europa prosegue a ritmi sostenuti la costruzione a Cadarache, nel sud della Francia, del primo prototipo funzionante di un mega reattore a fusione calda fornito di una camera toroidale di grandi dimensioni  per l'isolamento e confinamento elettromagnetico del plasma (tokamak), a cui partecipano numerosi paesi - tra cui Stati Uniti, Cina, India, Europa, Russia, Brasile ecc.) - riuniti nel progetto denominato ITER. Si è ormai realizzata l'infrastruttura base ed è stato recentemente piazzato il megatrasformatore realizzato dalla Hyundai per regolare l'immissione delle quantità di corrente elettrica ai voltaggi necessari al funzionamento della macchina. Tra poco si procederà all'assemblaggio della camera toroidale con i suoi rivestimenti speciali destinati a contenere i neutroni ad alta energia generati nel plasma e a restituire parte dell'energia ad esso. La realizzazione degli speciali pannelli ha richiesto studi avanzati in quanto i pannelli debbono assicurare un perfetto isolamento dei neutroni, una buona durata nel tempo e permettere un facile ricambio del rivestimento interno. Ugualmente complessa è stata la progettazione e realizzazione  delle spire di superconduttori necessari a generare i potenti  campi magnetici per il confinamento del plasma, in gran parte studiati e prodotti nel nostro paese.

Paradossalmente le novità più importanti sulla Fusione calda non vengono però dagli Stati Uniti o dal progetto ITER che si sta realizzando in Francia, ma da Losanna in Svizzera. E' qui infatti che -sempre nel disinteresse generale dei mezzi di comunicazione - si è in gran parte realizzata una importante iniziativa , inizialmente collegata al progetto ITER, costruendo una versione dinamica del sistema di confinamento magnetico del plasma nella camera toroidale.   Gli interessanti risultati prodotti nella macchina sperimentale hanno assunto  sempre  più autonomia rispetto al progetto originale, aprendo nuove prospettive di sviluppo per la fusione. Si tratta del Tokamak TCV  (Tokamak a Configurazione Variabile) costruito a Losanna attraverso la collaborazione di numerosi scienziati di varie nazionalità. Le notizie che seguono sono tratte in gran parte dalle specifiche tecniche del sito ufficiale del Tokamak TVC di Losanna all'indirizzo: http://crpp.epfl.ch/research_TCV.
La macchina, di dimensioni assai inferiori rispetto a quella progettata a Cadarache, è stata concepita per ottimizzare i sistemi di confinamento magnetico in programma per ITER. A questo scopo i ricercatori a Losanna hanno cercato di esplorare la fisica dei plasmi confinati, progettando un sistema che consente di variare  la sagomatura del plasma attraverso  le forze del campo magnetico con speciali bobine mobili azionate indipendentemente (comprese due bobine interne per il controllo verticale). La sagomatura variabile del plasma assicura che le reazioni di fusione vengano sempre ottimizzate ai massimi livelli di resa energetica, in quanto consentono un miglior riscaldamento del plasma e una sua migliore concentrazione quando richiesto. Allo scopo di assicurare un riscaldamento efficace e stabile del plasma si è creato uno strumento unico -mai prima realizzato- vale a dire un Ciclotrone da 4,5 MW di potenza, denominato ECRH ( Electron Cyclotron Resonance Heating) che è fornito di un sistema di onde elettromagnetiche distribuito su due frequenze (seconda e terza armonica) e sette emettitori controllabili in tempo reale da un software che interagisce con i rilevatori della stato del plasma. Il sistema di microonde risulta così altamente versatile e in grado di adattarsi allo stato e alla configurazione del plasma momento per momento. L'accoppiamento di microonde elettromagnetiche risonanti al plasma è il metodo più comune di riscaldamento del plasma. Se la condizione di risonanza è soddisfatta, la frequenza delle microonde eccita una delle frequenze proprie del plasma e le onde trasferiscono energia al plasma stesso.
Quando la frequenza delle microonde è uguale alla girofrequenza degli elettroni del plasma (cioè pari alla frequenza di rotazioni degli elettroni nel campo magnetico che confina il plasma), o alle sue armoniche, si ha un effetto di riscaldamento supplementare del plasma primario: la corrente elettrica provoca riscaldamento del plasma per effetto Joule. Inoltre quando l'onda elettromagnetica risonante ha una componente parallela al campo elettrico, può supportare una corrente elettrica nel plasma stesso. Questa corrente generantesi nel plasma viene definita ECCD (Electron Cyclotron Corrente Drive). Il reattore TCV di Losanna con il suo sistema di ECRH-ECCD composto da 9 girotroni (4.3 MW) è stata la prima macchina al mondo che ha generato corrente nel plasma sufficiente a innescare "scatti" di reazioni senza ricorrere a corrente indotta dall'esterno del Tokamak, determinando al contempo uno stato energetico stazionario e stabile. Sono previste ulteriori innovazioni nel TCV, in particolare un aumento di potenza di tre volte del sistema ECRH-ECCD nonché l'installazione di polarizzatori veloci sulla linea di trasmissione delle correnti interne.
Il confinamento magnetico variabile ha consentito una migliore interazione onda-particelle, una migliore distribuzione della velocità degli elettroni in fase e una stabilizzazione dei parametri del plasma. Molti esperti stanno analizzando i risultati e proponendo ulteriori innovazioni che dovrebbero avere ricadute anche sul progetto ITER e su progetti alternativi di macchine per la fusione calda controllata; progetti che si spera possano passare in breve alla fase di realizzazione di prototipi destinati alla messa a punto di reattori destinati alla futura commercializzazione. La retroazione sul plasma mediante Hardware di controllo è in via di costante miglioramento. Una prima conseguenza di quanto si è fatto a Losanna è che i futuri tokamak saranno tutti a confinamento variabile e a corrente generata internamente al sistema. Allo scopo si sta migliorando il sistema degli emettitori aumentando la potenza delle microonde lanciate perpendicolarmente al campo magnetico. Si cerca inoltre di azzerare la resistenza interna al plasma al flusso di elettroni il che permetterà di azzerare completamente l'immissione di corrente elettrica dall'esterno. In condizioni appropriate, il plasma evolve spontaneamente verso uno stato quiescente stazionario, con un punto di stabilità che coincide con una configurazione ristretta della sagomatura del plasma. La comprensione dei fenomeni fisici fondamentali che avvengono nel plasma di fusione è ancora in una fase aperta ed è essenziale proseguire gli studi al fine di fornire una interpretazione dei risultati sperimentali e offrire suggerimenti per migliorare i dispositivi attuali e futuri. I plasmi sono soggetti a stati tipicamente turbolenti e presentano comportamenti complessi, molto più complessi che i fluidi neutri standard, perché interagiscono costantemente con i campi elettrici e magnetici. Sono necessari potenti computer e teorie analitiche avanzate delle dinamiche del plasma, per migliorare la comprensione delle instabilità dello stato interno del tokamak e delle configurazioni in 3 D possibili del plasma.
La strada per la produzione di reattori a fusione calda in grado di fornire quantità enormi di energia pulita, priva di emissioni di carbonio e senza scorie radioattive, è tracciata, anche grazie al lavoro dei ricercatori di Losanna. Se il loro lavoro avrà successo il mondo chiuderà l'era del petrolio con tutti i suoi disastri e le drammatiche conseguenze ambientali, per vedere aprirsi una nuova era in cui l'energia sarà a disposizione di tutte le nazioni, per una maggiore opportunità di coniugare sviluppo tecnologico e tutela ambientale. Si ridisegneranno gli equilibri geo-politici e si apriranno nuove prospettive. La fusione calda può rappresentare la via di uscita per il pianeta dal  riscaldamento globale che sta già sciogliendo i poli e alterando il clima, mettendo a rischio migliaia di specie viventi, tra cui la nostra,     come dicono gli ultimi rilevamenti e gli appelli degli stessi esperti dell'Onu. La svolta potrebbe essere vicina.

12 commenti:

  1. Post: "[...] la possibilità di ottenere energia pulita, priva di emissioni [...]"

    Si dice che le cose basti ripeterle una quantità sufficiente di volte perché la gente cominci a crederci. Io, evidentemente, non sono la gente, perché so che questa è l'ennesima sonora menzogna.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Se consideriamo i reagenti (deuterio e trizio, due isotopi dell'Idrogeno) e i prodotti (Elio), solo il Trizio è radiativo.

      In caso d'incidente nella centrale, questo isotopo dell'Idrogeno (Trizio) può formare, con l'ossigeno, acqua radioattiva; ma tale acqua sarebbe innocua, se viene a contatto con la pelle dell'uomo, le radiazioni beta emesse, che hanno una bassissima energia, non attraverserebbero neanche la pelle superficiale morta.

      Il discorso cambia in caso d'ingestione, in quanto tali radiazioni, all'interno del corpo potrebbero danneggiare alcune cellule. Ha un tempo di dimezzamento di poco più di 12 anni, quindi tende a scomparire abbastanza velocemente.

      Un Il discorso diverso merita la centrale nucleare.
      Il progetto Europeo ITER così come è stato concepito, ha bisogno di una centrale nucleare di dimensioni enormi; il nucleo del reattore, richiederà tanto metallo quanto ce né nella Torre Eiffel.
      Tale metallo verrà continuamente bombardato dai neutroni che si sviluppano nella reazione di fusione nucleare; con il risultato che: dopo un certo numero di anni, il reattore diventa inutilizzabile e la centrale finisce di funzionare.
      Tale reattore diventerà radioattivo e smaltire una Torre Eiffel di metallo radioattivo per ogni centrale nucleare costruita, sarà un grosso problema!

      Elimina
    2. Vedi come si fa? Basta vedere le cose da una parte sola e si sminuisce qualsiasi cosa. Eppure, proprio il trizio è un isotopo radioattivo di uno degli elementi basilari delle molecole organiche, il che significa che quell'isotopo radioattivo si può legare in modo molto saldo, anzi può entrare a far parte, degli esseri viventi. Pensa quanto sarebbe divertente avere le proteine dei tuoi stessi organi non "contaminate" da particelle di metalli pesanti radioattivi, bensì costituite da molecole che contengono atomi radioattivi. Non credo sia necessario spiegare la differenza.
      Un'altra cosa che varrebbe la pena prendere in considerazione per quel che è, è il concetto di emivita, ovvero quello del cosiddetto periodo di dimezzamento. Periodo di dimezzamento non vuol dire periodo di neutralizzazione, per cui il trizio dopo 12 anni non cessa di essere radioattivo, ma è radioattivo per la metà, dopo altri 12 anni è radioattivo per un quarto e così via. Dunque, volendo considerare solo l'organismo umano, un individuo potrebbe finire per essere costituito in proporzioni variabili da "componenti" radioattive per la propria intera vita, che sarebbe giocoforza piuttosto breve. Se invece, più opportunamente, prendiamo in considerazione gli organismi viventi nel loro insieme, non sono certo pochi gli organismi per i quali 12 anni equivalgono a diverse generazioni.
      Nel valutare le proporzioni delle cose occorre evitare di pensare ai massimi sistemi, e concentrarsi sulla propria misera pellaccia. Le conclusioni, di solito, cambiano parecchio.

      Elimina
    3. xMrKeySmasher
      E' vero che il trizio, sotto forma di molecole d'acqua e molecole organiche, potrebbe entrare a far parte dei nostri tessuti e danneggiarli, ma è tutta questione d'intensità.
      Chiaramente se vivi a 300 m da una centrale nucleare che salta per aria è un conto, diverso il discorso se vivi a km di distanza.
      Ricordo che noi già viviamo in un ambiente con bassa emissione di radiazioni e nessuno (forse) è morto per la radioattività naturale (salvo svilupparsi rari tumori).
      Il corpo per fortuna si rigenera.
      Se la quantità di Trizio che entrasse nel nostro corpo fosse poca, lo sopporteremmo tranquillamente.
      Viviamo in un mondo pieno di veleni, dobbiamo sempre sperare che la quantità che assumiamo di questi veleni sia sempre inferiore alla soglia che ci possa fare ammalare morire.

      Ho analizzato scenari molto più gravi del trizio che si possa sviluppare da una centrale nucleare a fusione.
      Se volete avere un'analisi approssimativa di quello che succederebbe con una guerra nucleare, guardate qui:
      http://www.resetsystem.eu/scenari/scen_guerra.aspx

      Soluzioni perfette NON esistono!
      Dobbiamo sempre scegliere tra due mali, quello minore.

      Se l'umanità non troverà una soluzione al problema energetico mondiale, penso che sarà molto difficile evitare lo scenario illustrato nel link (guerra mondiale nucleare).

      Elimina
    4. xMrKeySmasher
      Pensa che in una centrale nucleare a fusione ci sono pochi grammi di Trizio che si combinano nella reazione nucleare; al contrario di quella a fissione in cui ce ne possono essere anche varie tonnellate stipate nelle vasche di raffreddamento.
      Rispetto a una centrale nucleare a fissione, il pericolo è almeno 1000 volte inferiore.

      Elimina
    5. Il trizio già esiste in natura, anche se in quantità limitate, ad esempio nell'acqua di mare. Il trizio generato nei reattori a fusione calda controllata può essere del tutto riciclato nel sistema, senza inquinamento ambientale. Il tasso di radioattività si dimezza in pochi anni fino alla trascurabilità. Il trizio si genera già attualmente nei rattori a fissione che esistono in gran numero in molti paesi nel mondo (tra cui molti nei principali paesi europei) e non sono mai stati segnalati danni riferiti ad esso né casi di tumori o morte. Tutti gli eventuali danni successivi ai pochi casi di gravi incidenti nei reattori a fissione (tipo Cernobyl) sono riferiti ad altri elementi (ad esempio il Cesio radioattivo) con emivita molto più lunga. Questi elementi NON si generano nei reattori a fusione.

      Elimina
    6. xAgobit
      Non è il trizio che si trova in acqua di mare, ma il Deuterio (D); che è il componente dell'acqua pesante (D2O).
      Le poche quantità presenti in natura derivano dall'interazione con i raggi cosmici, in quanto, con la sua breve vita, tende a scomparire velocemente.

      Comunque, preoccuparsi del Trizio nelle centrali nucleari a Fusione, è come evidenziare il pelo nell'uovo.
      Non sono questi i problemi di cui dobbiamo preoccuparci.
      Se non troviamo la soluzione ai problemi energetici, il Trizio sarà l'ultimo dei nostri problemi (Vedi: guerra!).

      Elimina
  2. La disponibilità di energia e tecnologia di massa è stata il primo propellente per il teratoma umano.
    Pensare di curarlo con più energia è come pensare di curare il diabete con lo zucchero.

    RispondiElimina
  3. Caro Alessandro, se ti leggi tutti gli ultimi aggiornamenti sul sito di Iter (purtroppo in inglese) vedrai che il problema cui avvenni è stato risolto. Il rivestimento interno della camera del plasma sarà ricoperto di piastrelle o pannelli speciali studiati appositamente per l'assorbimento dei neutroni ad alta energia generati nel plasma. I pannelli potranno essere rimossi e sostituiti ad intervalli regolari (alcuni anni). Le piastrelle utilizzate sono radioattive solo per un tempo limitato (qualche anno) durante il quale sono tenute in appositi depositi sotterranei. Poi possono essere smaltite e i materiali riutilizzati ad esempio per produrre nuove piastrelle di rivestimento.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Mi fa piacere che i problemi sono risolti; soltanto che, l'energia termica che produce il reattore, viene trasportata all'esterno dai neutroni; se questi vengono bloccati da queste piastrelle, intuisco che:
      - l'efficienza energetica diminuisce;
      - Si scalderanno parecchio, a meno che, esse sono parte del sistema utile a produrre energia.

      Appena ho tempo ci faccio un salto sul loro sito.
      Per la lingua, male che vada, c'è google che traduce. :-)

      Elimina
  4. Bene, faremo a meno del petrolio, ma ciò disturberà parecchi. Mi sembra che gli esperimenti vadano molto a rilento, non so per quale ragione.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Dicono...
      voce per sentito dire...
      che sia un pò difficile gestire un gas a 100 milioni di gradi centigradi!

      A quelle temperature, se il gas sfiorasse il reattore, lo farebbe evaporare!

      Il problema è che: se anche la fusione nucleare fosse realizzabile senza nessun problema,
      arriverebbe troppo tardi! :-(

      Elimina