La fusione: stato dell`arte e strategie

La Fusione Nucleare
Il sole dell’avvenire
M.Samuelli – UTS Fusione
Statement di George W. Bush
(30/1/2003)
† Ho il piacere di annunciare che gli Stati Uniti
parteciperanno a ITER,un ambizioso progetto
per verificare la promessa della energia da
fusione. I risultati di ITER faranno avanzare gli
sforzi per produrre energia da fusione pulita,
sicura, rinnovabile e commercialmente
competitiva entro la metà di questo secolo. La
commercializzazione della fusione potrà
drammaticamente migliorare la sicurezza
dell’approvvigionamento energetico e allo
stesso tempo di ridurre significantemente la
polluzione dell’aria e le emissioni di gas serra.
Discorso di Claudie Haigneré
Ministro francese della Ricerca e delle Nuove
Tecnologie (1/7/2003)
† Il Governo francese si impegnerà a
fondo per la realizzazione del reattore
a fusione nella convinzione che la vita
futura dipenderà largamente dalla
nostra comune capacità di fare o non
fare ricerca sulla fusione controllata
Discorso di Yanhua LIU
Vice-Ministro cinese della Scienza e
Tecnologia (18/2/2003)
† La fusione è una sorgente potenziale
di energia per il genere umano
innocua, sicura e ambientalmente
amichevole. La Cina ha bisogno della
energia da fusione più urgentemente
di ogni altro paese. La Cina intende
operare per esplorare gli usi pacifici
dell’energia da fusione ed esserne
uno dei primi utilizzatori.
La fusione nucleare
Vantaggi della fusione
† Combustibile praticamente inesauribile
† Combustibile uniformemente distribuito sulla terra (no
tensioni internazionali)
† Nessun rischio di incidente nucleare coinvolgente il
territorio (il combustibile nella zona di reazione è
troppo poco per dare luogo ad un rilascio incontrollato
di energia, ogni malfunzionamento blocca la reazione)
† No rifiuti radioattivi a lunga vita (non richiede
deposito geologico) – Possibilità di reazioni esenti da
prodotti radioattivi eliminando così ogni
preoccupazione legata al nucleare
† Nessuna polluzione o produzione di gas serra
Alcune reazioni nucleari di fusione
† D + T -> He4 + n
Q=17.6 Mev
† n + Li6 -> He4 + T
Q=4.8 MeV
( σ ≈ 10 barn a ≈ 100 kev)
† D + D ->T + p // He3 +n
(50%)
Q=4.03//3.27 MeV (σ =1barn a ≈ 1 Mev)
tot
† p + B11 -> 3He4
(σ ≈ 1 barn a ≈ 600 keV)
Q=8.7 MeV
Reazioni di fusione nelle stelle
† p + p -> D
D + p >He3
He3 + He3->He4 + p +p
C12+ p ->N13->C13+ p->N14+ p ->O15->N15 + p ->C12 + He4
†Ma cosa è ?
E’ una cosa difficile
† Repulsione elettrostatica
F = - Z1Z2e2/r2 (nel vuoto)
† Plasma
† Instabilità
† Moti turbolenti
† Piccola sezione d’urto
† Politica internazionale
† No dramma energetico
Diversi tipi di fusione nucleare
†Confinamento inerziale
†Confinamento magnetico
†[Fusione fredda]
Fusione magnetica e fusione inerziale
† F=-Z1Z2e2/r2 Æ T >108 k
† EProdotta/vol~ n2<σv>τ
† EImmessa/vol~ nT
Fattore di merito -> n τ f(T)
La meta agognata
P~nT
Fusione Magnetica
Fusione Inerziale
† n≈ 1014 part/cm3
† τ≈ 1 sec
† Dimensioni del
plasma≈ 1000 m3
† Si comprime il plasma
oltre la densità dello
stato solido (n ≈ 1025
cm-3)
† τ≈ 100 ps
† Dimensioni del
plasma≈ 10-6 cm3
Ignizione
† D + T -> He4(3.5 MeV) + n(14.1)Mev
Q=17.6 Mev
† Se l’energia rilasciata nel plasma dalle
alfa (He4) > perdite di energia dal
plasma Æ Ignizione
† Se <, è necessario continuare a
fornire energia al plasma per
mantenerlo a temperatura
termonucleare
Fusione fredda
† Nei solidi la repulsione coulombiana
può essere schermata da effetti
collettivi degli elettroni del reticolo e
non è più necessario riscaldare per
fornire l’energia necessaria a
superare la barriera coulombiana.
Fusione fredda
† Elettrolisi con elettrolita deuterato
† Catodi specifici (ad es. Palladio)
† Tramite elettrolisi si fa entrare nel
reticolo del catodo il deuterio fino a
portarlo ad una concentrazione
(part./cm3) dell’ordine di quella degli
ioni costituenti il reticolo
Fusione fredda
† Si ha sviluppo di calore (≤1W)
quando la concentrazione del deuterio
è dell’ordine di quella dell’elemento
del catodo ma sono imprevedibili
l’inizio del fenomeno e la durata
† Si ha qualche evidenza di
trasmutazioni nucleari
†A che punto siamo
†Il futuro
†ITER
(International
Thermonuclear Experimental
Reactor) – UE,Fed.Russa,USA,
Giappone,Cina,Corea,(Canada)
†NIF (National Ignition Facility)
ITER - Estimated total cost of costruction
†Chi siamo
Struttura Fusione UE
Il CCE-FU è un organo del Consiglio dei Ministri UE
CCE-FU
Circa 20 Associazioni
EFDA ST
Central Support Unit JET (Culham)
Central Support Unit Tec. ITER e Long Term (Garching)
Le principali Associazioni con
Euratom
†
†
†
†
Germania (3 Associazioni)
40%
Italia (Euratom-ENEA)
20%
Francia (Euratom-CEA)
20%
Gran Bretagna (Euratom-UKAEA)10%
____
90%
In base alla delibera CIPE del 19/10/1983
† E’ affidata all’Enea la responsabilità di
programmare e controllare tutte le ricerche
sulla fusione svolte dall’Italia sia nei propri
laboratori,sia in imprese comuni europee,
sia in collaborazioni internazionali
† I preesistenti contratti di Associazione con
Euratom di CNR ed ENEA vengono
riunificati in un unico Contratto ENEAEuratom. L’Associazione italiana con
Euratom sulla fusione si identifica quindi
con quella ENEA-Euratom.
Associazione Euratom-ENEA
Associazione
Euratom-ENEA
POLITO
ENEA
CNR MI
CREATE
Univ.Catania
CONS. RFX
La fusione in Italia –Personale
(non tutto a tempo pieno - 2002)
pers
†
Gruppo di ricerca Euratom
„ ENEA
„ Cons RFX
„ CNR Milano
„ Cons CREATE
„ POLITO
„ Univ Catania
„
„
No Gruppo di ricerca
Ignitor
Altro (Fus.Fredda–Spin off)
prof
304
126
170
97
42
21
46
42
33
24
__ 5__________ 5_
600
315
10
10
9
5
La Fusione in ENEA – Budget ed
entrate (media annuale dal 1996 MEuro )
Entrate
† Euratom
† Altri contratti
† (Ignitor)
† Fondi di rotazione
Uscite
† Attività programmatiche
† JET
~ 10
~ 0.7
22.5
~33.2
~ 8.5
1.5
~10
Attività della Fusione in Italia (1)
Fisica
‰ Grandi apparati sperimentali:
FTU, RFX, ABC
‰ JET
‰ Progetto Ignitor
‰ Diagnostiche, Teoria, Codici
‰ Fusione fredda
Attività della Fusione in Italia (2)
Tecnologie
† Superconduttività
† Remote handling e sensoristica
† Sistemi di riscaldamento RF
† Termofluidodinamica
† Materiali
† Neutronica,FNG, DPF
† Controlli
† Ciclo del combustibile
Studi socioeconomici e impatto ambientale
FTU Frascati
FTU Frascati
RFX Padova
ABC Frascati
FNG – Frascati Neutron Generator