La sfida della fusione, il Progetto ITER e il superlaboratorio …€¦ · superlaboratorio...

Aldo Pizzuto – Direttore Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare

La sfida della fusione, il Progetto ITER e il

superlaboratorio italiano DTT

Roma 3 aprile 2019

Giornata formazione giornalisti:

LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE

L'Energia del Sole e delle Stelle per

il Futuro della Terra

Una grande, affascinante sfida:

portare l’energia da fusione

Dal sole


E=mc2

Sulla Terra

150milioni di gradi

150milioni di gradi

2

Perché l’Energia da Fusione (1)


La fusione è indispensabile – insieme alle rinnovabili – per un’era libera

da gas serra Grazie anche alla fusione che emette gas Elio

Dati Word Energy Organization 2018

Totale CO2 free 2040

4.476 Mtpe – 26% tot.

Totale CO2 free oggi

2.680 Mtpe – 19% tot.

Totale ad oggi14.000 Mtpe

Totale 2040 17.600 Mtpe Fonti energia primaria

3

Perché l’Energia da Fusione (2)


La fusione è:

efficiente: con un di acqua e un di Litio energia per

3000 persone per un anno

Inesauribile

Sicura:

• nessuna emissione, nessuna ‘eredità’

pericolosa per le future generazioni

4

La Fusione: energia sicura, economica e durevole

ABBONDANTE EFFICIENTE SICURA E

SOSTENIBILE

Da:

150 kg di crosta

terrestre:

100 g di Litio

e

100 litri di

acqua:

2,5 g di Deuterio

(idrogeno)

Energia prodotta:

240.000 kWh

50 t di olio

combustibile

emissione di

150 t di CO2

Fabbisogno

annuale di

Energia

elettrica

cittadina di

2500 abitanti

No ‘MELTING DOWN’ No CO2

No scorie Cenere: ELIO Materiali riutilizzabili Dopo solo 100 anni

alternativa ai combustibili fossili che manterrebbero fino al 75% del mercato

mondiale

5 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE

Un programma mondiale


La fusione è:

globale: ricerca in tutto il mondo

Disponibile per le prossime generazioni grazie ad una ‘road

map’ condivisa a a livello europeo:

ITER

DTT

Reattore Dimostrativo

6

La reazione di Fusione

D + T n + 4He + 17.6 MeV

4.8 MeV + 4He + T n + 6Li

Schema Confinamento Magnetico


La Fusione: grande sfida scientifica, tecnologica,

industriale


Miscela di gas

(‘plasma’)

da scaldare e

mantenere a 150

milioni di gradi

Magneti

superconduttori che

lavorano a

-269°C

Altissima tecnologia e

Grandi dimensioni

Schema funzionamento Reattore a Fusione a ‘Confinamento Magnetico

8

LA FUSIONE: una storia di successo


Experimental

Physics

L’inizio del

programma:

una grande

intuizione

Grazie all’intuizione e la lungimiranza del Prof. D.

Palumbo

nasce il programma fusione Euratom che impegnerà tutti I

Paesi dell’Unione europea e la Svizzera

L’Italia ne è subito parte con l’ENEA e successivamente

con CNR, Consorzio RFX, Consorzio CREATE e le più

prestigiose Università

La realizzazione di esperimenti come JET, FT e FTU,

Asdex, Tore Supra, W-7X e il programma tecnologico di

ITER , una grande opportunità per l’industria: sviluppare

know-how sulla fusione. Oggi oltre 500 industrie tra cui

molte PMI seguono con interesse questo settore

Dai primi studi sui Plasmi alle conoscenze integrate

che fanno della fusione una concreta opzione per una

fonte di energia sicura inesauribile e rispettosa

dell’ambiente.

La fusione attrae le migliori risorse. La collaborazione

tra ricerca-industria-università per la formazione e il

training ne ha sancito l’eccellenza. Oggi oltre oltre 2000 in

Europa gli scienziati e I tecnici impegnati nel programma.

Prof. Donato Palumbo

Progressi scientifici JET

ITER

Opportunità per le

imprese

una comunità

scientifica di

eccellenza

LA FUSIONE: un futuro ambizioso


Roma,

05/06/2017

Experimental

Physics

ITER Il reattore sperimentale, frutto di una

collaborazione mondiale, che dimostrerà la

fattibilità dell’energia da fusione

I materiali rappresentano un elemento cruciale

per massimizzare la durata di un reattore

Elemento qualificante del programma la Divertor

Tokamak Test facility che la comunità scientifica

italiana ha proposto per ridurre i costi di

investimento del reattore.

Il rettore a fusione che immetterà energia nella

rete e traccerà la strada delle filiere

commerciali

Programma

Euratom attuato

da Eurofusion

Il programma per i

materiali

DEMO

Road map verso l’energia da fusione

LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 11

Il Programma fusione in Europa e Italia - Eurofusion


I partner italiani del programma fusione

Circa 600 persone FTE


ITER: un’impresa senza precedenti, in Europa grazie al

programma fusione Euratom


ITER, PIETRA MILIARE NEL CAMMINO

VERSO L’ENERGIA DA FUSIONE:

impegna 7 tra i paesi più

industrializzati: UE, Cina, Corea,

Giappone, India, Russia, Stati Uniti

Dimostrerà:

un guadagno di un fattore 10

dell’energia immessa

molte delle tecnologie necessarie

per il reattore

la sicurezza di questa fonte di

energia

ITER dovrà anche dimostrare la capacità di costruire, gestire la costruzione ed

operare un sistema tra i più complessi mai realizzati aprendo la strada ad una

filiera economica straordinaria che vede l’Italia protagonista.

ITER

Il Programma fusione in Europa e Italia – Fusion for Energy

% 9 45 9 9 9 9 9


… e inoltre: IL Broader Approach e il programma di

accompagnamento


Roma,

05/06/2017

Il Broader Approach, un accordo di

collaborazione UE-Giappone:

JT60-SA, dalla capacità dell’industria

europea un contributo determinante.

IFMIF, anche la tecnologia non

fusionistica al servizio dello sviluppo

dei materiali (contributo INFN)

La ‘Neutral Beam’ test Facility ‘PRIMA’

a Padova, un banco di prova per un

componente fondamentale per il

riscaldamento del plasma

Il Consorzio europeo che deve attuare

la Road Map Euratom di Horizon 2020:

l’impegno di 29 Paesi in supporto a ITER

e per rendere possibile DEMO

La Divertor Tokamak Test facility (1)

Tra le più grandi infrastrutture di ricerca mai

realizzate in Italia

Investimenti per 500 milioni di euro

Opererà per almeno 25-30 anni

Esperimento chiave tra ITER e DEMO

Avrà notevoli ricadute socio-economiche (es.

produzione 1600 posti di lavoro)

Sarà un importante incubatore di impresa,

favorendo spin off high-tech in molti settori

Favorirà l’economia locale che dovrà fornire servizi

e ospitare le centinaia di scienziati che

parteciparanno alla sperimentazione.

DTT


The Divertor Tokamak test facility

DTT has most of the features of a next generation tokamaks


http://fsn-fusphy.frascati.enea.it/DTT

July 2015

and

Fusion Engineering and Design, Special Issue: DTT

https://www.sciencedirect.com/science/journal/09203796/122

http://www.dtt-project.enea.it

Soon green book





I principali obiettivi:

o Dimostrare se i sistemi di smaltimento della potenza proposti per DEMO sono in grado di

sostenere i carichi termici in tutte le possibili condizioni di funzionamento, questione

fondamentale per la sua fattibilità e competitività.

o Incrementare la conoscenza dei meccanismi di smaltimento termico che non è possibile

studiare nelle macchine attuali

o Sviluppare nuovi materiali e tecnologie

o Preparare le nuove generazioni di scienziati e tecnologi e mantenere leadership

italiana

5



5


Modello DTT

Trasformatore centrale

Magnete toroidale

Camera da Vuoto

Prima Parete

Bobine di campo esterno

20

La Divertor Tokamak Test facility: scelta del sito

5


Il sito di una così importante infrastruttura di ricerca, non poteva essere scelto

senza dare anche delle opportunità a tutte le Regioni e Province Autonome italiane.

Nel novembre 2017 l’ENEA ha emesso un Avviso di Interesse ad ospitare DTT

L’Avviso chiariva in modo molto netto la natura della infrastruttura e chiedeva tra

l’altro un contributo di 25 milioni di euro e la disponibilità di infrastrutture indispensabili

come una linea elettrica dedicata di adeguata potenza.

L’Avviso di interesse, al quale bisognava rispondere in poco più di due mesi, ha avuto

un successo assolutamente inaspettato:

9 Regioni hanno proposto siti che soddisfacevano ai requisiti previsti.

21

La Divertor Tokamak Test facility: perché a Frascati

5


Casale Monferrato (TO)

Ferrania (SV)

La Spezia (SP)

Porto Marghera (VE)

“CR ENEA Brasimone (BO)

Cittadella Della Ricerca (BR)

ENEA Frascati (RM)

Capitolo San Matteo (SA)

Manoppello (PE)

22

Costi operazioni e sperimentazione

I costi sono ampiamenti coperti dai contributi nazionali ed internazionali

Costo annuale [M€]

Personale per la gestione operativa di DTT 20

Spese in conto capitale 10

Servizi 5

Manutenzioni straordinarie 12

Sub-totale costi operazione 47

Personale per la sperimentazione 12

Totale correnti 59

Restituzione prestito BEI 11.85

Totale generale 70,85


Finaziamenti Costruzione


Finanziamenti Milioni di euro

Prestito erogato o nel piano Junker o tramite BEI/Innofin (25 anni) 250

Laboratori coinvolti 30

Contributo in natura da partner internazionali 30

Contributi Nazionali (40 MISE+ 40 MIUR) 80

ENEA 25

Regione lazio* 25

EUROfusion 60

Totale 500

* La Regione, inoltre, finanzierà anche la nuova linea elettrica

24

Nuovi Posti Personale

diretto Indotto

Indotto

Terziario

Totale per

anno

Costruzione (7 anni) 120 150 350

620

Operazione (25 anni) 250 250 750 1250

Sperimentazione(25 anni) 150 150

DTT: altissimo ritorno socio-economico

Atteso un ritorno pari a un fattore 4 sull’investimento: 2 miliardi di euro

In totale oltre 1500 posti di lavoro


DTT: il risultato di una non comune sinergia

o Far approvare un progetto di questa dimensione ha richiesto parecchi anni

o Pochi credevano nella possibilità di realizzarlo

o L’ENEA, però, non ha mai rinunciato a portarlo avanti

o Le difficoltà venivano sia a livello europeo - molti vedono (e a ragione) in DTT

una infrastruttura che determinerà la leadership nel settore per moltissimi anni –

sia a livello italiano (difficile raccogliere un consenso globale su di un

investimento di ricerca) anche se nel 2014 è stato inserito nei è progetti italiani

del Piano Juncker.

o Finalmente, nel 2017 è stato recepito il messaggio che DTT, oltre a essere una

infrastruttura di ricerca di valore mondiale, rappresenta anche una grossa

opportunità di crescita, specie per il territorio che la ospita.


Aldo Pizzuto – Direttore Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare

Le ricadute tecnologiche ed economiche

della fusione

Roma 3 aprile 2019

Giornata formazione giornalisti:


Le Attività di R&S


R&D con industria per ITER

I Magneti

Ansaldo Nucleare – SIMIC

ENEA Ansaldo Nucleare – SIMIC ENEA

Componenti affacciati al plasma

ENEA ASG

Anelli Precompressione


Le tecnologie:Interazione Plasma Parete

ENEA, Ansaldo Nucleare, SIMIC

ITER Full scale prototype: ENEA, Ansaldo Nucleare,


Manutenzione Remota e Sistemi visione/Metrologia

DRP Platform

ITER First Wall

accuracy < 0,5 mm

Step : - 1mm

Step : - 2mm

Step : - 3mm

Radar Ottico (laser)


Le tecnologie: Metalli Liquidi e Termo-fluido-dinamica

• Corrosione Acciai in Pb-17Li

• Sviluppo barriere anti permeazione

• Controllo impurezze circuiti Pb-17Li

• Sequenze incidentali

• Loop prova componenti

• Pb-17Li

• Li

• Elio

Pb-Li

Corroded

layer

50 m

Test mock up TBM solido


Impianto Elio Impianto

Piombo-Litio

Le tecnologie: Data Base Neutronico


Validazione dati per i Data Base EFF/EAF Qualifica componenti funzionali (elettronica, fibre ottiche, etc.)

Misure: n/g flusso & spettro, attivazione,

Calore di decadimento

Analisi Sensibilità/Incertezza basata su

approccio probabilistico (Monte Carlo) e

deterministico

FNG – Frascati Neutron Generator

W mock up

Ciclo del combustibile

Reattore a membrana Pd-Ag per la

separazione del Trizio

Reattore per la

produzione di idrogeno d

etanolo/metanolo


15m 5m

PRIMA: Facility Iniettori di Neutri - Consorzio RFX Pd

16.5 MW

9 m

residual ion

dump

Power

Transmission Line

at 1 MV

HV Bushing

SF6

Insulating gas

Ion Source

0.03 Pa – 0.001 Pa

Vacuum

2 NBIs (+1)

Pbeam = 16.5 MW

I = 40 A

V = 1 MV

Tpulse = 3600 s


Le Attività dell’Industria


Bobine di campo toroidale e poloidale di ITER

Panckake bobina toroidale

Prima Bobina toroidal di ITER ASG- Superconductrs

Linea avvoigimento bobine poloidadali SeaAlp 37 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE

ICAS: ENEA - TRATOS Cavi- CRIOTEC

Sez. Cavo Superconduttore

Linea cablatura

Spool cavo

Conduttore con Jacket 38 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE


ITER Radial Plate per le Bobine Toroidali

ITER VV – Mock up of upper

poloidal segment of VV Sector

ITER VV – Hot forming of VV

stainless steel plates (60 mm

thickness)

ITER VV – Assembly for

welding trials

AnsaldoNucleare

A Finmeccanica Company

Fornitura dei settori della Camera da Vuoto di ITER


Incassamento bobina TF nella sua struttura


La cassetta del Divertore


WALTER TOSTO

La sorgente di ioni Spider – RFX Padova


WALTER TOSTO

Un successo industriale

AMW Consortium –

vacuum vessel sector

SIMIC

Radial plate

ICAS – Toroidal field

conductor

ASG – Compacting

toroidal and Winding

pack

DELTA TI – skid

mounted

pumping station

DE PRETTO

RFX Spider

L.T. CALCOLI -

multi pipe cooling

system

ANGELANTONI TEST TECHNOLOGIES, ANSALDO NUCLEARE, ASG SUPERCONDUCTORS,

CECOM, C.M.C. SUD, CNR, COELME COSTRUZIONI ELETTROMECCANICHE, CONSORZIO RFX,

CONSORZIO SEA ALP ENGINEERING, C.R.E.A.T.E, CRIOTEC IMPIANTI, C.S.M., DELTA TI

IMPIANTI, DE PRETTO INDUSTRIE, ENEA, ENERGY SUS, ENERGY TECHNOLOGY, ENGINSOFT,

ERCOLE, ETTORE ZANON, FAGIOLI, ICAS, INFN, IRCRES, LCG STUDIO LEGALE, L.T. CALCOLI,

M&G, MANGIAROTTI, MICROELETTRICA SCIENTIFICA, NIDEC ASI, NIER INGEGNERIA, NISTICO,

OCEM, POLITECNICO DI TORINO, RTM BREDA, SIMIC, S.I.ST., SMM, S.R.S. ENGINEERING

DESIGN, STAMPINOX, STUDIO INGEGNERIA MARCO FABBRI, UNIVERSITA’ BICOCCA,

UNIVERSITA’ DI BOLOGNA, URS ITALIA , VENTRE, VITROCISET, WALTER TOSTO

0% 10% 20% 30% 40%

Piemonte

Liguria

Abruzzo

Lombardia

Veneto

Toscana

Lazio

Emilia

Umbria

Campania Valore Totale oltre 1000 milioni di euro

Oltre 500 PMI interessate


Recentemente acquisiti altri contratti fino ad almeno 1500 milioni

44

Le attività non energetiche


La fusione nucleare fondamentale per applicazioni

non energetiche

Medicale

Antiterrorismo


Medicale

Nei prossimi anni è prevista una grave crisi di produzione del 99Tc usato per diagnostica e trattamenti medicali

ENEA sta elaborando progetti per contribuire a sopperire alla carenza di questo indispensabile radiofarmaco


La reazione utilizzata è 100Mo(n,2n)99mMo che decade

dopo 60 ore in 99Tc che ha una vita media di 6 ore

Sorgentina

Sorgente di neutroni da

fusione (14MeV)

Flusso 5*1013 n/ cm2s.

Eutroni da Fusione per Radiofarmaci


La produzione di Tc tramite irraggiamento di Mo con neutroni è un metodo molto efficace

Problema più importante:

Dimostrare che si può ottiene

un prodotto di elevata

purezza

Recentemente, con la

sorgente di neutroni di

Frascati, si sono ottenuti

risultati che confermano

l’efficacia del metodo.

Materiale irraggiato

radiofarmaco


Nazionali: Tecnologie per la Salute Sviluppo di Acceleratori medicali

ELETTRONI: linac per sistemi IORT (RadioTerapia Intraoperatoria). Trasferimento completo del know-how all’industria nazionale

LINAC

Realizzato

presso la TSC

di Fiumincino

PROTONI: progetto TOP-IMPLART linac da 230 MeV per protonterapia con ISS e IFO IRE. Destinazione finale:ospedale IFO. Finanziato da Regione Lazio prototipo da 150 MeV. Ditte coinvolte: NRT, CECOM, TSC, ADAM. Collaborazione SSPT-TECS ed IRP.

Modulo di accelerazione da 7 a 35 MeV

Layout finale presso IFO

Iniettore da 7 MeV


Progetti internazionali: Security CBRN-E

FP7

End user driven DEmo for cbrNe

Dimostrazione 4.2 a Frascati il 29-

30.9.2015 nell’area sperimentale

appositamente allestita per

rivelazione di una «bomba sporca»

mediante sistema attivo di

interrogazione a neutroni per la

parte radiogena e sistemi laser per

la parte di esplosivo.

Seconda DEMO effettuata con pieno successo nel 2016 su TRIGA in Casaccia

per monitoraggio di barre di combustibile nella piscina di raffreddamento.

A giugno prossimo nuova demo a Frascati


La fusione: il programma che integra capacità e

promuove il coordinamento tra Ricerca Industria

Formazione


Roma,

05/06/2017

Tecnologia Ingegneria Ricerca di Fisica

Cooperazione con l’ Industria

1 2 3

Conoscenza Know how integrazione

Trasferimento di Know

How

Programmi congiunti di

R&S

Innovazione del

prodotto

4

INTEGRAZIONE: DAL CONCETTO AL PRODOTTO ATTRAVERSO R&S E

DIMOSTRATORI

Formazione & Training

PhD, Master, Tesi Programmi congiunti di R&S con Università

5

INT

EG

RA

ZIO

NE

T

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KE

HO

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ER

S

http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.sbplastics.it/formazione.asp&ei=zA1IVKa_CMnuPOLFgJgP&bvm=bv.77880786,d.d2s&psig=AFQjCNEJ8IGAy5Zk1CSUYMxZ-ygL0hNVKg&ust=1414094619675591


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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