La ricerca sulla fusione

La ricerca sulla fusione vede impegnati imigliori laboratori di tutto il mondo conl’obiettivo di arrivare ad una fonte dienergia rinnovabile, sicura, praticamenteinesauribile, economicamente competitiva ein grado di ridurre l’utilizzo dei combustibilifossili. La prospettiva è di sfruttare l’enormequantitativo di energia rilasciata nellereazioni di fusione nucleare, nella qualenuclei di atomi leggeri, ad esempio diidrogeno, fondono per dar luogo a nucleipiù pesanti, riproducendo il meccanismofisico che alimenta le stelle.L’Europa ha conquistato la leadershipmondiale nel settore attraverso lacostruzione e lo sfruttamento scientifico etecnologico di diverse macchine sperimentalinell’ambito del Programma europeo sullafusione e del progetto ITER, che vede tuttal’Unione Europea, insieme alla Svizzera,collaborare all’interno del ConsorzioEUROfusion1. La ricerca per la fusione può essereconsiderata un importante volano per lacompetitività globale e lo sviluppoindustriale europeo.

L’Italia è parte rilevante di questi programmied ha conquistato un livello di eccellenzariconosciuto dalla comunità scientificainternazionale.

1EUROfusion è il Consorzio europeo a cui l’Euratom haaffidato il programma fusione di Horizon 2020. EUROfusiondovrà attuare la Road Map europea finalizzata allarealizzazione del reattore dimostrativo DEMO e contribuiread assicurare il successo dell’impresa ITER.

Macchina per il test degli anelli di ITER

(In basso) Il Frascati Tokamak Upgrade (FTU)

ITER, un’alleanza di eccellenze a livello mondiale

Il passo decisivo verso la fusione sarà larealizzazione di ITER, l’InternationalThermonuclear Experimental Reactor, unreattore sperimentale che dovrà dimostrarela fattibilità della produzione di energia daquesta fonte. Con il successo di ITERsi potrà procedereprima alla costruzionedel reattoredimostrativo (DEMO) esuccessivamente deireattori commerciali.ITER è uno dei progettipiù grandi e complessiin via di realizzazione alivello mondiale,un’impresa tecnologicaed ingegneristica cherichiede un notevoleimpegno dell’industriain areetecnologicamenteavanzate. Lapartecipazione aquesta impresa èfortemente incentratasulla collaborazione ele sinergie fra ricerca eindustria.Al progettopartecipano settepartner - Cina,Giappone, India, Corea del Sud, Russia, USAe Unione Europea - che hanno deciso diunire in un unico sforzo comune leeccellenze della loro ricerca, attraversol’organizzazione internazionale ITEROrganization (IO), con sede a Cadarache, inFrancia, dove è in costruzione il reattore, una‘macchina’ dal peso di 23 mila tonnellate,alta 30 metri.

Nell’insieme, le risorse impegnate superano i 20 miliardi di Euro, dei quali 6,6 destinatiall’industria europea per la sola costruzione.La partecipazione a ITER avvieneprincipalmente in ‘’natura’’, ovveroattraverso la produzione dei componenti checostituiscono la macchina, da parte dei paesimembri. L’insieme delle forniture europee per ITER èassegnato attraverso la messa a bando - daparte di Fusion for Energy (F4E), l’agenzia

con sede a Barcellona costituita nel 2007 - digare aperte a tutte le imprese dei 28 paesidell’UE e dell’associata Svizzera.F4E è anche incaricata di gestire ilprogramma settoriale di collaborazione conil Giappone (Broader Approach), al qualel’Europa contribuisce per il 50% dei costicon contributi in natura forniti da alcunipaesi, tra cui l’Italia.

Il ruolo e le attività dell’ENEA per lo sviluppodella fusione

Per l’Italia, la ricerca sulla fusione nell’ambitodel progetto internazionale ITER ècoordinata dall’ENEA presso il Centro diFrascati, noto per la leadership nella ricercain questo campo e per la dotazionestrumentale di altissimo livello.Sin dagli anni ’50 il Centro si è distinto per isostanziali contributi forniti nei campi dellasuperconduttività, dei componentiinterfacciati al plasma, della neutronica,della sicurezza, del remote handling e dellafisica del plasma.La ricerca in questo settore impegna oltre200 dei circa 460 dipendenti del Centro diFrascati ed è focalizzata, tra l’altro, sulletecnologie della fusione a confinamentomagnetico e inerziale. Gli scienziati dell’ENEA sono stati tra i primia realizzare impianti per lo studio dei plasmia confinamento magnetico - il FrascatiTokamak (FT) e il Frascati Tokamak Upgrade(FTU) - e l’impianto laser ABC per lo studiodell’interazione luce laser-plasma, latecnologia alternativa al confinamentomagnetico.

Negli ultimi 20 anni, le attività sulla fusionehanno originato oltre 50 brevetti conricadute molto positive per lo sviluppo e lacompetitività delle industrie nazionali.Eccellenza attestata anche dalla recentevisita del fondatore di Microsoft, Bill Gates, edello scienziato Lowell Wood, che hannoapprezzato le attività di ricerca di ‘’frontiera’’dell’Agenzia. Nella ricerca sulla fusione l’ENEA collaboracon gli altri principali istituti di ricerca eprestigiose università nazionali.

Il Frascati Tokamak Upgrade (FTU)

Impianto ABC per lo studio dell’interazione luce laser-plasma

Le prospettive per l’industria italiana

La ricerca sulla fusione e in particolare larealizzazione di ITER rappresentano unasignificativa opportunità per le impresenazionali in chiave di sviluppo tecnologico edi competitività, con prospettive di grandeinteresse per le importanti ricadute inmolteplici settori.Fin dall’inizio del progetto, l’industria, ed inparticolare quella italiana, ha avuto un ruolodi primo piano nelle attività di ricerca esviluppo necessarie per dimostrarne lafattibilità.Grazie all’attività di promozione svoltadall’ENEA e all’esperienza acquisita nellapartecipazione allo sviluppo degli impiantinazionali, numerose aziende italiane sonostate coinvolte nella realizzazione dicomponenti high-tech di primariaimportanza per la realizzazione di ITER,come ad esempio il cuore stesso del reattore:il Sistema Magnetico Superconduttivo e laCamera da vuoto.Oltre ai laboratori delCentro di Frascati, sonoattivamente coinvoltenumerose aziendenazionali fra le qualiAngelantoni TestTechnologies, AnsaldoNucleare, ASGSuperconductors, CECOM,Criotec, Delta-Ti Impianti,Mangiarotti, OCEM,SIMIC, Tratos Cavi, WalterTosto e Zanon.La leadership italiananella costruzione di ITER èconfermata dai datiufficiali di Fusion forEnergy (F4E) riportatinella figura accanto: allafine di maggio 2014 deicirca 3000 milioni di eurocomplessivamente messi agara da F4E (edificicompresi), oltre 900

milioni - inclusi 90 milioni per subfornitureverso altri paesi europei - sono stati assegnatia imprese italiane. A questi bisogna sommare48 milioni di euro ricevuti tramite subcontrattidal resto d’Europa.Complessivamente, la percentuale delle gareaggiudicate a industrie italiane è del 26%;prendendo in considerazione i soli contrattihigh-tech assegnati da F4E per la produzionedei componenti di ITER, la percentuale sale al60% (900 milioni di euro su 1500). Alla stessa data, le imprese nazionali hannoregistrato una percentuale di successo del 46%(proposte accettate a fronte delle propostepresentate), ben oltre la media europea del36%.E il trend è in continua crescita.Il sistema industriale italiano può quindivantare una leadership europea nellarealizzazione del progetto ITER. L’altacompetenza tecnologica e la capacitàd’innovare ad un costo contenuto sonoelementi che la rendono particolarmentecompetitiva su scala globale nelleapplicazioni industriali nel settore dellafusione nucleare.

Alcuni esempi di eccellenza nella fusione made in ItalyDi seguito alcuni dei successi più significativi del made in Italy nella produzione dei componenti di ITER.

ICAS: ENEA - Tratos Cavi - Criotec

Incamiciature del conduttore

ICAS (Italian Consortium for AppliedSuperconductivity) si è aggiudicata lagara per la fabbricazione delle lunghezzedi conduttore per i magneti toroidali (TF)e poloidali (PF) di ITER in quota all’Europae alla Corea, per un totale di circa 65 kmdi cavo superconduttore (circa il 40% deltotale per il sistema magnetico di ITER).Questi cavi sono costituiti da filisuperconduttori inseriti in una camicia diacciaio. In figura, una lunghezza (760 m)di conduttore TF pronto per i test diaccettazione finali.

ASG Superconductors

Bobina Toroidale

AGS Superconductors èrisultata vincitrice della gara

per la realizzazione dellabobina toroidale di ITER. Si tratta della più grande

bobina superconduttrice mairealizzata (13 x 6 m),

costituita da doppi pancake(in figura).

Il conduttore usato è inNb3Sn raffreddato da un

flusso di Elio allo statoliquido (4 K).

SIMIC

Radial Plate

Per assicurare la necessaria tenutastrutturale alle bobinesuperconduttrici, i doppi pancakevengono alloggiati all’interno discanalature realizzate nellasagoma a forma di D denominata“radial plate” costruita in acciaioaustenitico. La SIMIC si èaggiudicata la gara per larealizzazione dei radial plate diITER.

ENEA - Ansaldo Nucleare

Divertore

È in fase di realizzazione unprototipo a piena scala deldivertore di ITER, i cui elementidi scambiatore, coperti ditungsteno, saranno realizzatidall’ENEA.

Ansaldo Nucleare -Mangiarotti - Walter Tosto

Camera da vuoto

La camera da vuoto di ITER ècomposta da 9 moduli, di cui

7 realizzati in Italia, con unpeso superiore a 5.000

tonnellate. La camera davuoto avrà doppie pareti in

acciaio austenitico.Nell’immagine il Mock Up

del segmento poloidalesuperiore del settore della

camera da vuoto.