Le prospettive della fusione nucleare

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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
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