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Accesi in Giappone i magneti superconduttori: verso la rivoluzione energetica

L’impianto sperimentale giapponese ha finalmente “preso vita” con l’accensione dei magneti superconduttori IT 60SA.

Categorie Nucleare

Uno dei problemi più importanti che stanno attanagliando il nostro secolo è rappresentato dal riscaldamento globale. In Giappone sono stati accesi i magneti superconduttori: è stato aggiunto il tassello decisivo per progredire verso la “rivoluzione energetica”.

Una cooperazione di lunga durata

Il sodalizio tra Europa e Giappone è stato siglato tra il 3 e il 4 dicembre 2009. Lo scopo è progredire in modo sinergico nella ricerca sulla fusione nucleare, al fine di accrescere la propria conoscenza e infine riuscire a costruire il primo reattore nel minor tempo possibile.

Infatti, oltre alla costruzione di ITER, il primo reattore sperimentale francese, sono in programma anche altre attività che dovrebbero fungere da “progetti preparatori”. Tra questi vi è il tokamak giapponese JT60-SA, pensato per testare i materiali del futuro reattore e per eseguire alcune prove in parallelo con la creazione di ITER. Nel 2007 l’Unione Europea e il Giappone hanno firmato un accordo di cooperazione denominato “Broader Approach”, nel quale l’Italia entra come partecipante tramite l’ENEA, il CRN e l’NFN.

Un impianto, una sfida

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Il tokamak che verrà costruito ad ITER, che avrà un plasma di raggio R = 6.2 m e di volume = 840 m³ (Cadarache, Francia). Credits: Fusion for Energy

Una delle soluzioni più innovative e in via di realizzazione è la fusione termonucleare controllata, la quale sfrutta una reazione nucleare ove due atomi di deuterio e trizio vengono fusi assieme per creare energia. L’obiettivo dunque, è quello di ottenere qui sulla Terra lo stesso processo che avviene abitualmente in natura all’interno delle stelle.

Secondo i progetti attualmente in corso, questo progetto “prenderà vita” grazie a ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), il primo reattore sperimentale in grado di produrre energia utile, situato a Cadarache, in Francia. Esso proverà ad attestare il raggiungimento dei parametri operativi normali richiesti per la realizzazione della reazione di fusione. La fusione è una reazione nucleare in cui due atomi di deuterio e trizio vengono fusi insieme per creare energia, come detto in precedenza. Tali atomi si ionizzano nel reattore e rappresentano il combustibile della reazione.

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Parte di SPIDER, prototipo della sorgente di ioni dell’iniettore di ITER (Consorzio RFX, Padova). Credits: ITER

La tecnica corrente utilizzata per raggiungere tale traguardo è il confinamento magnetico del plasma, ovvero il confinamento delle cariche tramite un campo magnetico al fine di aumentarne la probabilità di collisione, evitando che tale combustibile collida con le pareti interne del reattore perdendo energia e depositando un calore non sopportabile per i materiali convenzionali. Tuttavia, per raggiungere una potenza sufficientemente alta e per riuscire dunque ad utilizzare questo metodo nella vita di tutti i giorni, deve esservi una temperatura pari a 1,5 × 108 K, una densità e un tempo di confinamento sufficienti per far avvenire le reazioni di fusione in maniera efficiente.

Al fine di aumentare la temperatura è stata adottata in questi ultimi anni una soluzione interessante, costituita dall’immissione di un fascio di atomi neutri con energie superiori a 1000 keV all’interno del plasma. Per raggiungere il nucleo del plasma è necessario raggiungere un’energia pari a 1 MeV, e tale obiettivo può essere raggiunto tramite l’utilizzo di iniettori a fasci neutri a ioni negativi (NI-NBI), ovvero tramite la neutralizzazione di un fascio di ioni negativi.

Giappone e i magneti superconduttori: il contributo dell’Italia

Magnete superconduttore per il progetto ITER prodotto nello stabilimento di Asg Superconductors di La Spezia e installato ad ITER (Cadarache, Francia). Credits: Fusion for Energy

Secondo le previsioni il primo plasma di ITER dovrebbe essere innescato nel 2025, ma ci vorrà altro tempo prima di poter vedere l’intero impianto in piena funzione. Infatti, sono necessari altri anni di test per poter passare alla fase successiva costituita da DEMO (DEMOnstration Power Plant), il prototipo di reattore nucleare a fusione che dimostrerà l’effettiva attendibilità dell’intero progetto.

L’Italia rappresenta un ruolo di grande rilievo nella realizzazione della fusione. L’11 giugno 2018 è stato inaugurato presso il Consorzio RFX, a Padova, l’esperimento SPIDER, ovvero la sorgente di fasci di ioni negativi più potente al mondo (prototipo della sorgente di ioni dell’iniettore di ITER).

L’Italia assieme all’Europa ha infatti contribuito fortemente nel fornire al Giappone ben metà delle bobine superconduttrici necessarie. Tra i vari contributi, è stato proprio il Consorzio RFX a “portare alla luce” i sistemi di alimentazione e ad ideare i sistemi di protezione per gli avvolgimenti dei supercoduttori.

Non è la prima impresa italiana

Anche la realizzazione del supermagnete che dovrà confinare il plasma di ITER ha provenienza italiana, e in particolare è stato prodotto dalla ASG Superconductors presso La Spezia. Il magnete superconduttore è stato realizzato a forma di D, e presenta una lunghezza di 16 metri, una larghezza di 9 metri, e vanta un peso pari a 120 tonnellate.

La bobina in questo caso è stata realizzata tramite l’impiego di 5.5 chilometri di cavo superconduttivo, fornito dal consorzio ICAS (Italian Consortium for Applied Superconductivity), e dovrà essere in grado di contenere un campo magnetico 250.000 volte più grande di quello della Terra.

In Giappone si avrà l’accensione dei magneti superconduttori verso il futuro

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JT-60SA, che con un diametro di 12 m e una grandezza di 135 m2 risulta essere pari a metà di ITER. Credits: Fusion for Energy

L’impianto sperimentale giapponese ha finalmente “preso vita” con l’accensione dei magneti superconduttori IT 60SA. Tuttavia, questo non è solamente che il primo importante tassello del puzzle, se si pensa che questo impianto appartiene al progetto Broader Approach, ovvero il programma momentaneamente più avanzato dato che per ITER sarà necessario pazientare ancora un po’ di tempo.

Infatti, in questo caso il passo successivo si verificherà il 17 aprile e comporterà l’accensione dell’intero sistema al fine di riuscire a produrre il primo plasma. Questa innovazione ha destato gli animi e questa collaborazione tra Giappone e Europa servirà ad apportare un’accelerazione nel progetto della fusione nucleare. Infatti, anche secondo l’Enea, partner nella realizzazione dell’impianto Jt 60SA, questa notizia è «molto positiva per il ruolo della ricerca e dell’industria italiana».

A cura di Luisa Bizzotto

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