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FAST - Fusion Advanced Studies Torus

Luogo: Roma
Data: 08/04/2011
Canale: Nucleare
Autori:
URL Approfondimento: QUI

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Questo è il centro di ricerche ENEA di Frascati, vicino a Roma. Qui si raggiungerà un’ importante tappa del lungo e difficile percorso  che vede la comunità scientifica alle prese con una delle sue più grandi sfide : imbrigliare l’energia delle stelle.
Tra qualche anno, in questi laboratori, dove da 50 anni si lavora per ottenere energia dalla fusione nucleare, sorgerà una grande macchina sperimentale, denominata FAST - Fusion Advanced Studies Torus.
Ma facciamo un passo indietro e scopriamo cos’è la fusione nucleare e come funzionerà FAST.
La fusione e’ la fonte energetica che alimenta il  Sole e tutte Stelle. Se riuscissimo a riprodurre questa sorgente sulla Terra potremmo disporre di una fonte praticamente illimitata di energia ,senza emissioni nocive né di gas serra.
Il “combustibile” della Fusione nucleare e’ il Plasma… cioè  il quarto stato della materia, dopo il solido, il liquido ed il gassoso. Nel plasma, a differenza degli altri stadi,  la materia è  composta da particelle cariche, ioni ed elettroni, perché una frazione abbastanza grande di elettroni è stata strappata dagli atomi.
Il plasma è un buon conduttore di elettricità, e risponde fortemente ai campi elettromagnetici.
Se forniamo a due cariche positive l’energia sufficiente a  vincere la forza di repulsione Coulombiana, queste possono fondersi  insieme e liberare una notevole quantità di energia. In particolare da un nucleo di Deuterio ed uno di Trizio - entrambi isotopi dell’ idrogeno-  si ottiene un nucleo di Elio ad alta energia ed un neutrone, oltre a particelle alpha, la “cenere” della reazione di fusione.
Con un grammo di deuterio e trizio si potrebbe produrre l'energia sviluppata da 11 tonnellate di carbone.
Se lasciassimo le particelle libere di muoversi nel plasma in tutte le direzioni, queste finirebbero  contro le pareti del contenitore. Se invece le sottoponiamo ad  un campo magnetico, le particelle si muoveranno “legate” alle linee del campo.
Se costruiamo un contenitore a forma di ciambella avremo un plasma confinato.
Applicando una corrente elettrica al plasma confinato in questa ciambella , questo si scalderà sempre di più per l’ effetto Joule.
Questo è il principio dei TOKAMAK, le macchine sperimentali  nelle quali, da diversi anni, si sta cercando di ottenere la fusione nucleare controllata. Uno di questi è in funzione anche nel Centro ENEA di Frascati.
Ma per portare a termine l’impresa, forse la più difficile che gli scienziati abbiano mai affrontato, è necessario lo sforzo congiunto di molte nazioni. Per questo Europa, Stati Uniti, Giappone, Corea del Sud, Russia, Cina ed India  si sono unite per costruire a Cadarache, nel sud della Francia, il più grande TOKAMAK mai realizzato,  il reattore ITER, una macchina sperimentale nella quale, finalmente, si produrrà una reazione di fusione stabile.
Ma ITER, da solo, non sara’ sufficiente  a risolvere tutti i problemi di un futuro reattore a fusione. Rimarranno da affrontare due importanti problemi, che riguardano la dinamica delle particelle alpha che scaldano il plasma e la scelta del materiale da usare come contenitore del plasma.
Ecco quindi spiegato l’obiettivo della macchina FAST, che sarà costruita proprio per affrontare e risolvere questi due cruciali problemi.
FAST lavorerà con un alto campo magnetico cosi che le particelle avranno un’orbita più  piccola  e  con una alta corrente di plasma, in modo da migliorare il confinamento ed avere un maggior riscaldamento.
La configurazione del campo magnetico farà in modo che le particelle alfa che si produrranno in eccesso al centro del plasma, le ceneri della reazione, avranno come bersaglio un componente della macchina, il divertore, e da qui saranno rimosse da un sistema di pompe.
Il Divertore e’, quindi, l’elemento piu’ sollecitato e lo studio del materiale di cui sara’ composto e’ uno degli elementi critici di un futuro reattore. Attualmente si sta pensando di usare il Tungsteno, ma sono anche allo studio soluzioni completamente diverse come l’uso di divertori a Litio liquido.
Per poter rimuovere i divertori alla fine del loro uso e per  testarne degli altri sarà necessario un sistema di remote handling
Il plasma sarà contenuto da una prima parete in Tungsteno,  tenuta sotto vuoto per evitare contaminazioni dei gas comburenti.
Per minimizzare la dissipazione dei conduttori che producono il campo magnetico, la macchina e’ tenuta alla temperatura di -240 gradi centigradi mediante un flusso di elio gassoso in un contenitore criostatatico d’acciaio.
Sia la camera da vuoto che il criostato saranno  forniti di un numero notevole di “finestre”, dalle quali sarà possibile misurare cosa accade al plasma durante il funzionamento
FAST raggiungerà  una temperatura del Plasma di 150 milioni di gradi e consentirà di produrre circa il doppio dell’energia spesa per la reazione.
Nel futuro reattore questo parametro dovrà  essere tra 30 e 50.
La macchina che si costruirà nel Centro di Ricerche ENEA di Frascati  anticiperà e  ottimizzerà la sperimentazione in ITER, e al tempo stesso permetterà di studiare alcuni dei problemi più importanti in vista del futuro reattore dimostrativo.

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