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Maggio 2013

Energia per il futuro

Ringraziamenti: Michael Walsh, Diagnostic Division Head

Michele Bassan

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Maggio 2013 22

Dove si usa l’energia?

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Energia

• Cos’è l’Energia?

• A cosa serve?

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Energia -> Elettricitá

• Come viene prodotta l’elettricitá?

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Uso dei combustibili fossili

• Che succede alla terra?

Possiamo continuare a

produrre C02?

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Come risolvere il problema?

• Smettere di usare l’energia?

• Quali sono le strade alternative per produrre energia senza produrre Anidride Carbonica?

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Il Sole

• Che succede nel Sole?

• … produce energia ma non CO2 – quindi come funziona?

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I nuclei atomici

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I nuclei atomici

• E’ la cosiddetta FUSIONE

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Fissione e Fusione

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I 4 stati della materia

Solido Liquido Gassoso

Plasma

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Plasma, il quarto stato della materia

Piu’ del 90% della materia nell’universo e’ costituita da plasma

Plasma freddi Plasma caldi

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Il Sole

T superficie 5500 gradi - T centro 15 Milioni gradi

Volume: 1 milione di volte la Terra

Massa: 330.000

volte la Terra

Densitá al centro:

162 kg/cm3

(plutonio 20 g/cm3)

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La fusione nel sole

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Portiamo il sole sulla Terra…

• Un’impegno mondiale e su molti fronti• Risorse di:

Ingegneria Fisica Organizzazione

• Il progetto si chiama ‘ITER’ e il tipo di macchine “tokamak”

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…ma senza scottarciSul sole, le potenti forze gravitazionali riescono a confinare il plasma

Sulla Terra, la sola possibilitá sono i campi magnetici

Nel plasma tutti gli elettroni sono separati dai nuclei, è una “zuppa bollente” di particelle cariche

Le particelle cariche seguono le linee dei campi magnetici

Quindi riuscendo a chiudere le linee del campo su se stesse …

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Ecco il nostro ‘sole’

Veramente caldo…200 Milioni di gradi

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Massa: ~8000 tDiametro esterno: 19.4 m

Altezza: 11.3 mMassa: ~7300 tAltezza: 324 m

QUANTO GRANDE È LA MACCHINA?

Camera a vuoto

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Bobina Magnetica (18 pezzi)

Massa pari a quella di un Boeing 747-300: 360 t

2020

Altezza: 29 m Diametro: 28 mMassa: ~ 23 000 t

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Dove sta nascendo ITER

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ITER nel 2010

42 ettari di collina livellati dal 2007 al 2009

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ITER in costruzione

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ITER in costruzione

La base è costruita per reggere 360,000 tonnellate

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ITER in costruzione

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• 7 membri • Oltre il 50% della popolazione mondiale

ITER – una cooperazione internazionale

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ITER – alcuni numeri

500-3000 lavoratori per la costruzione850 staff tecnico-organizzativo sul posto2000 collaboratori nelle Domestic Agencies

Costo di costruzione fino al 2018: 13 miliardi E(dall’Europa il 45.5%) : ~ 0.002 % del PIL mondiale < 1 % del PIL italiano meno della TAV!!Costo di esercizio 2019-2037: 500 milioni E/anno(dall’Europa il 34%)Costo di smantellamento 2037-2042: 800 milioni

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Come estrarre l’energia

Scambiatoredi

calore

Torridi

raffreddamento

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Quanto combustibile consuma?

OPPURE26 ton di litio e deuterio con la fusione nucleare

litio: produzione mondiale 34000 ton/anno

deuterio: 156 ppm negli oceani

Per alimentare i 60 milioni di italiani per 1 anno ci vogliono

2000000 GWh (~250 centrali da 1 GW se tutta elettricitá)

620 xoppure

15400 x

155 milioni ton di petrolio (Mtoe)oppure

300 milioni ton di carbone

OPPURE8600 ton di uranio naturale con la fissione nucleare

3030

Dietro ITER e davanti a ITER

Tore Supra

25 mc

0 MWth

1988

JET

80 mc

16 MWth

1984

ITER

800 mc

500 MWth

2019

DEMO

1000-3500 mc

2000-4000 MWth

2040-50

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Quali vantaggi

A lungo termine (se funziona…): IMMENSI

A breve termine: sviluppo tecnologico- Materiali ad alta resistenza- Materiali superconduttori (400 t di superconduttore per le

bobine – prima di ITER solo 15 t/anno)- Impianti speciali (gru da 1400 t con precisione millimetrica)- Progettazione impiantistica (1 milione di componenti)- Sistemi diagnostici (misure di particelle e di radiazioni)

• Laser• Rivelatori ottici e di particelle• Rivelatori magnetici• Telecamere speciali per raccogliere vari tipi di fotoni

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Quali vantaggi: 1 centrale 1 GW x 20 anniFusione

~20mila ton struttura

(radioattiva per 50-300 anni)

2 ton di combustibile

(senza residui)

Fissione

~ 10mila ton struttura

(radioattiva per 1500 anni)

660 ton di combustibile

(radioattivo per 30-50mila anni)

Petrolio

~ 5mila ton struttura

(riciclabile)

12 Mton di combustibile

(37 Mton CO2 )

1/4 nave da 250mila ton

(75mila ton strutt, 1 Mkm)

Fotovoltaico

~ 100mila ton (no turbine)

(riciclabile)

1000 ettari di superficie

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Per approfondire…

https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power

http://www.iter.org