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RICADUTE E BENEFICI DELLE RICERCHE SULLA FUSIONE
Paola Batistoni
Associazione EURATO M - ENEA sulla FusioneUTS Fusione - CR Frascati
I Giovedì della Cultura Scientifica ENEA, Casaccia, 18.09.2003
Prem essa
• La ricerca scientifica e tecnologica è protagonista e m otore dello sviluppo econom ico e sociale
• Le sfide della com petitività im pongono di concentrare risorse su im prese che producano benefici econom ici, am bientali e per la salute.
La ricerca sulla fusione ha l’obiettivo concreto di rendere disponibile unafonte di energia inesauribile, pulita, sicura ed econom icam ente com petitiva.
La fusione contribuirà aridurre sostanzialm entel'im piego di com bustibilefossile, con grandebeneficio per l'am biente eper la sicurezzadell'approvvigionam entoenergetico.
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Tuttavia, il perseguim ento di questo obiettivo ha richiesto l'im piegodi risorse negli ultim i decenni, ed altre ne dovranno essere investiteper alcuni decenni ancora prim a che l'energia da fusione possa essereutilizzata su larga scala.
Nel frattem po:
• in che m isura questa im presa contribuisce al progressoscientifico e tecnologico?
• in che m isura si traduce in progresso econom ico e sociale?
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Le ricerche sulla fusione hanno contribuito allo sviluppo della fisica delplasm a, la quale
presenta un’enorm e quantità di applicazioni scientifiche, tecnologiche eindustriali
costituisce l’arena ideale per lo studio della turbolenza nei fluidi, chaos ecom plessità
presenta m olteconnessioni con altricam pi della scienza, e.g.:
fisica solare e astrofisica
fisica atomica
fisica computazionale supercomputing
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Le ricerche sulla fusione hanno prodotto nuoveconoscenze in fisica nucleare
scherm aggio dei neutroni di fusione danneggiam ento e attivazione dei m ateriali
• Sezioni d’urto neutroniche fino a 20 M eV
• Librerie di dati nucleari e codici per il calcolo deltrasporto n/γγγγ nella m ateria e dell’attivazione indotta• Sorgenti di neutroni per la validazione dei dati
Applicazioni in altri cam pi astrofisica, alte energie, m ateriali
in m olte applicazioni pratiche
dosim etria neutronica radioterapia analisi per attivazione neutronica danneggiam ento da radiazioni su
com ponenti elettronici e m icroelettroniciGeneratore di neutroni FNG – ENEA Frascati
y = 8.891E-02x - 4.309E-05R2 = 9.999E-01
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.E+00 2.E+00 4.E+00 6.E+00
Neutron Fluence (x10̂ 11 cm-2)
dose
ena
mel
EPR
(a.u
.)
P. Fattibene et al., NIM B 201 (2003) 480
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L’im patto sul sistem a produttivo
Il rapporto con l'industria si esplica tradizionalm ente tram ite quattro m eccanism i principali:
Form azione professionale 1995-99 : 2000ricercatori, 250 studenti di PhD, 45 borse distudio / anno in Europa
Com m esse per forniture per larealizzazione degli apparati sperim entalimeccanismo più importante all’inizio, azione di stimolo sulsistema produttivo
Sviluppo e/o il trasferim ento di scoperte e di tecnologie specifiche
maggiore coinvolgimento di industrie qualificate a causa della crescente complessità degli impianti di ricerca ⇒ partecipazione diretta al programma, sinergie
Produzione di spin-off
FTU – Cam era da vuoto (M AN TURBO, ex DE PRETTO - ESCHER W YSS )
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O biettivi
Preparare l’industria allaproduzione di energia da fusione
• Selezione di 100 industrie europee (di cui 15italiane) qualificate per la costruzione dicom ponenti per ITER che richiedonotecnologie specifiche.
Trasferire innovazione
• Crescente attenzione
• Nei vari istituti, i diversi m eccanism ivengono interpretati e attuati conaccentuazioni e m odalità diverse
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Settore Applicazione Spin-off : Esem pi
Sem iconduttori
Trattam ento dei
m ateriali
• Etching / sputtering • Plasm a Assisted Chem ical Vapor D eposition
• Im pianto di ioni • Trattam enti superficiali
Codici num erici (TRIM , TRID YN ) sviluppati
per lo studio dell'interazione plasm a-parete
sono utilizzate per il controllo del plasm a nel
drogaggio dei sem iconduttori per im pianto
ionico
Tecniche diagnostiche utilizzate per i plasm i di
fusione sono applicate al controllo dei processi
nell'industria dei sem iconduttori
M ateriali
• N uove leghe m etalliche/ com posti in fibre di
carbonio
• Lavorazione, sinterizzazione e
giunzione di m ateriali
• Estensione di database per i m ateriali
La necessità di raffreddare attivam ente
com ponenti in CFC per il rivestim ento della
prim a parete nei tokam ak ha portato allo
sviluppo di specifiche tecniche di giunzione
fibra-m etallo (AM C - A ctive M etal Casting)
applicate in cam po aerospaziale
Lo sviluppo di sorgenti di m icroonde ad alta
potenza e alta frequenza (gyrotron) ha portato
ad applicazioni nella lavorazione di m ateriali
ceram ici etc.
…….. continua
Esempi di ricadute industriali
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Settore Applicazione Spin-off : Esem pi
Superconduttività • M ateriali
• Tecnologie di fabbricazione di cavi e
nastri superconduttori
• Avvolgim ento di m ateriali
intrinsecam ente fragili
L'im piego di m agneti superconduttori nelle m acchine
per fusione ha favorito le applicazioni in cam po
scientifico (e.g. LH C)
e in cam po m edico (RM N )
Ricerca Spaziale • Propulsione spaziale D iagnostiche sviluppate per lo studio del plasm a di bordo sono applicate allo studio della turbolenza nei
m otori m agneto-plasm a dinam ici (M PD )
Fonti energetiche
rinnovabili • Celle a com bustibile • Turbine eoliche
Le m em brane m etalliche per il recupero del trizio nel
ciclo del com bustibile si applicano alla produzione di
idrogeno da reform ing di idrocarburi in autovetture a
trazione elettrica.
Sistem i laser sviluppati per lo studio delle
fluttuazioni nei plasm i sono utilizzati per la m isura
del vento davanti alle turbine eoliche
S. Dean, Applications of plasma and fusion research, J. Fus. Energy 14 (2) (1995) 251E Bogusch et al., Benefits to European Industry from involvment in fusion, Fus. Eng. Design 63-64 (2002) 679
L.M . W aganer, Benefits to US industry from involvment in fusion, Fus. Eng. Design 63-64 (2002) 673
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1977 - Large Coil Test (EU, US, JA): 6 bobine inNbTi, Nb3Sn con B≈≈≈≈10T per la fusione
In Italia:
1980 - Solenoide in NbTi per SULTAN (B = 6T,d=2m ) ENEA/Europa M etalli (EM )/Ansaldo
1991 - Solenoide in Nb3Sn per SULTAN(B=12T,d=1m ) ENEA / EM / Ansaldo
1985 - Prototipi del m agnete toroidale e delsolenoide centrale per ITER in Nb3Sn Coordinam ento ENEA
Applicazioni
Acceleratori per la fisica delle alte energie (e.g. LH C) EM , Ansaldo, OCEM
Applicazioni m ediche (RM N) EM
Sistem i ad accum ulo di energia m agnetica (SM ESs) EM , Ansaldo, OCEM
La realizzazione di m agneti superconduttori per la fusione ha trainato losviluppo della superconduttività
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M etrologia ottica ad alta precisioneper l'ispezione, allineam ento e Reverse Engineeringdegli im pianti.
Applicazioni : rilievo di im pianti di grandidim ensioni che richiedono alta precisione.
Es.: allineam ento dei m agneti del Sincrotrone Elettra di Trieste (Ago. - Ott. 2001)
Sistem i per la visione e la m etrologia in am bienti ostiliall’uom o e alla strum entazione elettronicaper ispezione all’interno di m acchine a fusione (sistem a IVVS – in coll. conENEA FIS)
Applicazioni : acquisizione in m aniera rem otizzata e autom atica diim m agini di qualità fotografica e m isure con accuratezza < 1 m mfino a distanze ~ 100 m , per rilievi di beni artistici, siti archeologici,locali a rischi am bientale
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Conclusioni
Le attività di ricerca sulla fusione
• includono attività di frontiera su un am pio spettro di cam piscientifici e tecnologici
• costituiscono un am biente integrato, m ultidisciplinare einternazionale in cui si attua efficacem ente la form azione di personalealtam ente qualificato
• richiedono un forte coinvolgim ento dell’industria
• producono trasferim ento di tecnologie innovative, trasferim ento chepuò essere favorito con l’adozione di strum enti e m ezzi adeguati