ITER

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Mappa di localizzazione: Francia
ITER
Red pog.svg La posizione del complesso di ITER

ITER (in origine International Thermonuclear Experimental Reactor, in seguito usato nel significato originale latino, cammino) è un progetto internazionale che si propone di realizzare un reattore sperimentale a fusione nucleare in grado di produrre più energia di quanta ne consumi per l'innesco e il sostentamento della reazione di fusione. Nello specifico, ITER è un reattore deuterio-trizio in cui il confinamento del plasma è ottenuto in un campo magnetico all'interno di una macchina denominata Tokamak.

La sua costruzione è attualmente in corso a Cadarache, nel Sud della Francia ad opera di un consorzio internazionale composto da Unione europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d'America, India e Corea del Sud. Il costo previsto per il progetto è di 15 miliardi di euro (aumentati nel 2009 a partire da una stima originale di 10 miliardi).

ITER è un reattore sperimentale, il cui scopo principale è il raggiungimento di una reazione di fusione stabile (500 MW prodotti per una durata di circa 60 minuti) validando e, se possibile, incrementando le attuali conoscenze sulla fisica del plasma. L'energia in eccesso ottenuta dalla reazione nucleare non sarà immessa sulla rete elettrica, né utilizzata per scopi commerciali. Nel corso della costruzione e dell'esercizio di ITER saranno integrate e collaudate molte delle soluzioni tecnologiche nel campo della criogenia, della superconduttività e delle tecniche di alto vuoto necessarie per il futuro prototipo di centrale elettrica a fusione, denominato DEMO.

Più di 40 differenti sistemi di monitoraggio saranno installati all'interno di ITER per ottenere il maggior numero possibile di informazioni sul comportamento del plasma alle condizioni operative previste per la fusione nucleare. [1].


Avanzameno dei lavori e stato attuale[modifica | modifica sorgente]

  • 2005: il 28 giugno è annunciata ufficialmente la scelta del sito di Cadarache (Francia) come luogo per la costruzione di ITER.
  • 2006: iniziano i lavori preparatori per i vari cantieri e l'adeguamento del collegamento con la costa; la sede stradale è ampliata e modificata così da consentire il passaggio dei carichi eccezionali rappresentati da varie parti del reattore assemblate all'estero e spedite via mare.
  • 2009: completamento della costruzione della vasta spianata (400m x 1000m) su cui sorgeranno l'impianto e i laboratori di ricerca.
  • 2010 (agosto): iniziano i primi lavori di scavo per la costruzione degli edifici che ospiteranno il tokamak, la zona di assemblaggio dei magneti e la direzione.
  • 2012 (primavera): completamento dell'edificio di assemblaggio dei magneti; nello stesso periodo sono completate e testate la sottostazione elettrica e il relativo allacciamento alla rete ad alta tensione francese, infrastrutture necessarie a fornire l'energia richiesta per alimentare l'impianto.
  • 2012 (estate): iniziano i lavori di scavo per la camera di assemblaggio principale adiacente alla camera del tokamak, mentre sono completate le fondamenta del tokamak e il palazzo uffici della direzione.
  • 2012 (ottobre): inizia il trasferimento del personale nei nuovi uffici della direzione. A regime l'edificio ospiterà circa 500 persone.
  • 2013: il 17 gennaio il palazzo uffici della direzione è ufficialmente inaugurato.
  • 2013 (primavera): posa delle fondamenta della camera di assemblaggio principale e del laboratorio criogenico, due strutture accessorie che faranno parte dell'edificio del tokamak.
  • 2013 (estate): inizia la costruzione di una serie di strade interne e edifici accessori (uffici, mensa, infermeria) necessari a gestire il grosso dei lavoratori previsti sul cantiere durante il picco delle attività che si verificherà nel 2015.
  • 2013 (settembre): inizia la costruzione del laboratorio criogenico. È completata la rete sotterranea di drenaggio e di tunnel tecnici sotterranei scavata all'interno della spianata su cui sorgerà il tokamak. È effettuato un primo test su strada - dalla costa all'impianto - del trasporto eccezionale che sarà utilizzato per iniviare al cantiere i maggiori componenti di ITER assemblati all'estero.
  • 2013 (novembre): iniziano i lavori prepraratori per l'ampliamento del palazzo uffici della direzione, così da raggiungere, a regime, una capacità di circa 800 persone.
  • 2013 (dicembre): inizia la copertura delle fondamenta antisismiche della camera del tokamak.
  • 2014 (febbraio): sono completati gli edifici accessori (uffici, mensa, infermeria) necessari alle maestranze aggiuntive previste nel periodo di picco dei lavori di costruzione.

L'edificio che conterrà il tokamak sarà costruito nel corso del 2014.[2].

Il picco di attività nella costruzione del reattore dovrebbe verificarsi nel 2015, con più di 2000 operai operativi contemporaneamente nei vari cantieri del complesso [3]

Secondo la tabella di marcia, il primo plasma dovrebbe essere generato entro la fine del 2020[4][5].

Specifiche Tecniche[modifica | modifica sorgente]

Modello dell'ITER. Notare le dimensioni del toroide paragonate a quelle del tecnico in tuta bianca in basso a destra

I dati tecnici del tokamak sono i seguenti:

  • Altezza edificio: 24 m
  • Larghezza edificio: 30 m
  • Raggio esterno del plasma: 6,2 m
  • Raggio interno del plasma: 2 m
  • Temperatura di plasma: 1,5 × 108 K
  • Potenza in uscita: 500-700 MW
  • Volume del plasma: 837 m³
  • Superficie del plasma: 678 m²
  • Campo magnetico toroidale al raggio maggiore del plasma: 5,3 T
  • Durata dell'impulso di fusione: > 300 s
  • Rendimento: > 10

Il superamento della soglia del bilancio energetico della fusione (criterio di Lawson) è un obiettivo primario, finora mai raggiunto, propedeutico a un uso della fusione per la produzione di energia per uso civile. Grazie alle specifiche tecniche di cui sopra, si ritiene che ITER possa produrre energia in quantità almeno 10 volte superiore a quella necessaria per innescare e sostenere il processo di fusione.

In una fase iniziale, l'energia in sovrappiù prodotta dal plasma sarà asportata con uno shielding blanket (mantello protettivo) refrigerato ad acqua. Almeno fino al 2025 non è previsto l'inserimento nella macchina di un breeding blanket (mantello per la produzione di trizio). Il trizio necessario per il mantenimento della reazione di fusione (circa 240 g/giorno) dovrà essere approvvigionato da fonti esterne, probabilmente dai reattori canadesi CANDU, considerando che le altre possibili fonti sono sotto controllo militare.

Obiettivi della fisica[modifica | modifica sorgente]

Oltre alla grande sfida ingegneristica e gestionale rappresentata dal progetto, tra gli obiettivi di ITER c'è anche la verifica delle proprietà teoriche previste per un plasma ad alta temperatura di deuterio-trizio. In particolare il funzionamento di ITER consentirà di:

  • dimostrare che è possibile produrre un plasma avente caratteristiche vicine a quelle richieste per la fusione e che è possibile mantenere questo plasma in condizioni stabili e controllate per tempi dell'ordine dei minuti;
  • dimostrare che le particelle alfa prodotte dalle reazioni di fusione sono in grado di riscaldare efficientemente la parte centrale del plasma stesso;
  • caratterizzare le regioni di formazione di instabilità, individuando quali energie e condizioni operative consentono di mantenere stabile il toro di plasma. Questa procedura costituisce la prassi per la messa in esercizio di ogni tokamak costruito finora, ma non è mai stata applicata a condizioni operative utili per applicazioni commerciali, come invece avverrà in ITER. [6].
  • verificare la fattibilità del sistema di riduzione delle instabilità tramite iniezione di piccoli proiettili di materia, o di getti di gas, all'interno del toro di plasma, così da disperdere l'energia accumulata durante l'instabilità prima che questa possa diventare critica. [7].
  • dimostrare l'efficacia del sistema di rimozione dal centro del plasma delle particelle alfa in eccesso: il sistema di rimozione è basato su una configurazione a X del campo magnetico che permette di dirottare le particelle cariche in uscita dal toro di plasma su specifici bersagli rimpiazzabili posti lungo le pareti della camera di confinamento. L'insieme dei bersagli viene denominato divertore. Il divertore è già utilizzato negli esperimenti tokamak esistenti, ma non è stato mai testato nelle condizioni di alti flussi termici che saranno tipiche di ITER. Nell'ottobre 2013 è stato stabilito che il divertore sarà composto da bersagli di tungsteno[8]
  • testare i sistemi di riscaldamento del plasma, in particolare le antenne a radiofrequenza e gli iniettori di atomi neutri; verificare l'interazione di questi metodi di riscaldamento con le particelle alfa prodotte dalla fusione.

Positività di ITER[modifica | modifica sorgente]

Numerosi sono gli aspetti positivi legati al programma ITER, fortemente connaturati al processo stesso di fusione nucleare:

  • ottima alternativa di fronte all'esaurimento ed all'insostenibilità ambientale delle fonti fossili (Petrolio, Carbone, Gas, etc);
  • il deuterio che interviene nelle reazioni di fusione abbonda in natura ed è reperibile negli oceani, fatto questo che potrebbe almeno in parte contrastare l'aumento di conflitti globali per l'accaparramento di fonti energetiche naturali;
  • elimina i problemi legati alla fissione nucleare in materia di sicurezza dell'impianto: il reattore può infatti funzionare solo se mantenuto sotto controllo, altrimenti si spegne immediatamente;
  • nessun rischio di proliferazione nucleare, in quanto il reattore per fusione, a differenza di alcuni tipi di reattori a fissione, non ha alcuna utilità nella produzione di combustibili a fini bellici;
  • la quota di energia prodotta in surplus rispetto alla soglia di bilancio energetico non comporta alcuna emissione di gas serra. Una quota di gas serra può essere tuttavia emessa per la produzione dell'energia necessaria all'innesco e al sostentamento della fusione, nel caso in cui questa energia provenga da fonti a cui è associata un'emissione di gas serra;
  • nessun trasporto di materiale contaminante: deuterio e litio (da cui si ricava il trizio) abbondano in natura.

Successori[modifica | modifica sorgente]

Come già indicato gli obiettivi dell'ITER sono la realizzazione di un reattore a fusione in grado di produrre più energia di quanta ne venga consumata e in grado di sostenere la fusione nucleare per un tempo superiore ai pochi secondi degli esperimenti analoghi.

ITER non è progettato per produrre energia elettrica sfruttabile da utenze esterne, un compito che è invece assegnato al progetto successivo, chiamato DEMO. DEMO sarà un progetto più grande e costoso di ITER dato che sarà necessario realizzare delle strutture sensibilmente più complesse per la produzione del trizio direttamente nell'impianto (blanket). Inoltre, le necessità di efficienza nella produzione di energia costringeranno all'uso di refrigeranti diversi dall'acqua utilizzata invece in ITER, richiedendo per questo tecnologie più avanzate e, quindi, più costose.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) FAQs - Potenza prodotta da fusione nucleare (URL consultato il 09/01/2014)
  2. ^ (EN) Costruzione di ITER - Galleria di foto aggiornata periodicamente (URL consultato il 01/03/2014)
  3. ^ (EN) Iter Newsline (URL consultato il 01/03/2014)
  4. ^ (EN) Time schedule di ITER (URL consultato il 11/10/2012)
  5. ^ (EN) Tempistica di costruzione di ITER (URL consultato il 11/10/2012)
  6. ^ (EN) ITER FAQs - Conseguenze delle instabilità (URL consultato il 09/01/2014)
  7. ^ (EN) ITER FAQs - Sistema di mitigazione delle instabilità (URL consultato il 09/01/2014)
  8. ^ (EN) ITER Newsline #286 (URL consultato il 24/10/2013)

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]