Le reazioni di fusione 1 keV = 11.000.000 K 1 Fusione inerziale LASER CAMERADI SCARICA LENTE LASER LASER BERSAGLIO Plastica D+T solido D+T gas LASER a NIF (USA): 192 fasci laser da 1.8 MJ su una piccola sfera 2 Il confinamento magnetico non confinato Confinato ioni elettroni CAMPO TOROIDALE linee di campo magnetico spire toroidali 3 Il Tokamak 4 Progressi 5 ITER 6 ITER: obiettivi principali a Ottenere Q>10 Q = potenza da fusione/potenza immessa dall’esterno aOttenere un funzionamento stabile aProvare in modo integrato le tecnologie essenziali del reattore (magneti superconduttori, robotica etc.) aProvare moduli del “mantello fertilizzante” 7 ITER: specifiche tecniche a Durata dell’impulso “induttivo”: 300-500 s a Funzionamento per circa 1 ora a prestazioni ridotte a Numero di impulsi: alcune decine di migliaia a Riscaldamento prevalente da particelle α a Flusso neutronico medio > 0.5 MW/m2 a Fluenza media > 0.3 MWa/m2 8 ITER: parametri Units Raggio maggiore del plasma 6.2 m Raggio minore del plasma 2.0 m Volume del plasma 840 m3 Corrente di plasma 15.0 MA Campo toroidale sull’asse 5.3 T Potenza di fusione 500 MW >400 s Durata della combustione Guadagno di potenza >10 9 Schema del reattore n + 7Li > 4He + T + n 10 La strada verso il reattore Materiali strutturali Mantello R&D Tecnologia • Magneti SC • Ciclo del Trizio • Componenti esposti al plasma • Robotica • Sistemi di riscaldamento • Sicurezza Macchine esistenti e nuove R&D Fisica • • • • IFMIF Componenti Confinamento Controllo delle impurezze Stabilità del plasma Fisica di ITER/DEMO Test del mantello in ITER ITER DEMO 11 “Fast track” 2005 ITER 2015 2010 Costruzione 2020 2025 2030 2035 Esperimenti base Esperim. estesi Smantell. Test sul mantello ESPERIMENTI SU MACCHINE ESISTENTI E NUOVE (JET, JT-60, DIIID, ALTRE) SVILUPPI TECNOLOGICI Sviluppo mantello Sviluppo dei materiali (test facilities e IFMIF) Conferma Fisica di DEMO DEMO Definizione della configurazione Conferma DB materiali Progetto CDA Progetto EDA R&D Costruzione Produzione di potenza elettrica Sviluppo del mantello per alto Q e regime stazionario Decisione di costruire Licenze Connessione a rete 12 Perchè la fusione? A - Ambiente • Non produce gas-serra • I prodotti della fusione non sono radioattivi nè tossici • La radiotossicità dei materiali sottoposti a flusso neutronico decade con tempi caratteristici di decenni • Con reazioni “avanzate” si potranno eliminare i neutroni B – Sicurezza • Elevatissimo livello di sicurezza intrinseca • Limitata quantità di reagenti nel vessel • Conseguenze limitate anche nel peggiore incidente prevedibile • Nessun trasporto di materiale radioattivo C – Abbondanza • Il Deuterio si ricava dall’acqua: riserve illimitate su scala umana • Il Trizio viene prodotto, all’interno del reattore, dal Litio, abbondante in natura D – Disponibilità • La materie prime (acqua e litio) sono disponibili su tutta la Terra • Ridotto rischio di conflitti (petrolio, gas, uranio!) 13 L’impatto ambientale 100000 Reattore a fissione 10000 1000 100 10 La fusione non è pericolosa per l’ambiente: • Assenza di gas ad effetto serra. • Assenza di scorie radioattive a vita lunga. • In caso di guasto, la centrale si arresta da sola . Centrale a carbone 1 0 Reattore a fusione (confinamento magnetico) Sorgenti di radioattività: • Trizio (qualche kg). • Strutture vicine al plasma. 0 0 200 400 600 800 1000 Tempo trascorso dalla chiusura (anni) La fusione è una tecnologia nucleare, ma molto più “pulita” della fissione. 14 Conclusioni a aumento dei consumi a impatto ambientale a esaurimento degli idrocarburi rendono urgente intervenire con: a miglioramento dell’efficienza energetica a riduzione progressiva della produzione da fonti fossili a sviluppo di fonti primarie ecocompatibili Soluzione ideale: energia consumata=energia prodotta da fonti rinnovabili le fonti rinnovabili potranno coprire il fabbisogno? 15 Conclusioni La mia risposta è: probabilmente no Come coprire il gap con altre fonti ecocompatibili ed abbondanti? Una possibile soluzione: ` energia da fissione per circa un secolo.... ` ....e poi energia da fusione ma di certo ne sono possibili altre! 16