![Page 1: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/1.jpg)
Le prospettive dell’energia dafusione nucleare e il progetto
ITERFrancesco Romanelli
ENEA, Frascati
![Page 2: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/2.jpg)
Motivazioni
• Il problema energetico– Nel 2050 30TW rispetto ai 13TW attuali– Massimo della produzione di petrolio in 5-10 anni
• Il controllo dei cambiamenti climatici– Il controllo della CO2 a 2 volte i livelli pre-
industriali richiede 20TW di potenza CO2-free• Può l’energia da fusione giocare un ruolo
primario su questa scala dei tempi?
![Page 3: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/3.jpg)
Sommario
• Perche’ la Fusione e’ un’opzioneinteressante.
• Quali condizioni occorre raggiungere perprodurre energia.
• Il prossimo passo: ITER.• La strada verso il reattore.
![Page 4: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/4.jpg)
Perche’ la Fusione?
• E’ una fonte praticamente illimitata e diffusa.• Non produce gas serra.• I prodotti della reazione non sono radioattivi⇒ ridotto problema delle scorie.
• Il processo e’ intrinsecamente sicuro• Non e’ facilmente utilizzabile per proliferazione
nucleare.
![Page 5: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/5.jpg)
La fusione è una fonte illimitata ediffusa
Idrogeno (H) Deuterio (D) Trizio (T)stabile Stabile
33mg/l acquaRisorse per 15 miliardi di anni!
Radioattivovita media 12 anni
![Page 6: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/6.jpg)
La Fusione nucleare nonproduce gas serra
protoneneutrone
Li6
He4 (3.5MeV)D
THe4
T
La reazione neutrone + Litio rigenera il Trizio
n(14MeV)
![Page 7: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/7.jpg)
La Fusione nucleare nonproduce gas serra
protoneneutrone
Li6
D
THe4
T
La reazione neutrone + Litio rigenera il Trizio
He4 (3.5MeV)
n(14MeV)
![Page 8: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/8.jpg)
La Fusione e le scorie
• I prodotti di reazione non sono radioattivi.• Tuttavia i neutroni prodotti possono rendere
radioattiva la camera di reazione.• Possibili soluzioni:
– Scelta di materiali a bassa attivazione– Reazioni di fusione senza neutroni
• D + 3He → 4He + p• più difficili da ottenere della DT
![Page 9: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/9.jpg)
La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamentegrazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione
Radiotossicita’per
inalazione
Anni dopo la chiusura del reattore
Reattori a Fusione
Centrale a Carbone
Reattori a Fissione
![Page 10: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/10.jpg)
La sicurezza
• Reattore a Fissione– Una pila: caricata per
durare un anno
• Reattore a Fusione– Una fornace: senza
rifornirla smette dibruciare.
![Page 11: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/11.jpg)
Quali condizioni occorreraggiungere per produrre
energia?
![Page 12: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/12.jpg)
Alte temperatureservono a vincere la repulsione tra nuclei
Sezioned’urto
Energia (keV)Nucleo del Sole: 107KReattore: 2x108K1eV≡11600KLa materia è allo stato di plasma
![Page 13: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/13.jpg)
Come confinare un plasma?
![Page 14: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/14.jpg)
Il confinamento magneticoB
Un campo magnetico vincola nuclei ed elettroni a compiere orbitea spirale di raggio rLarmor attorno alle linee di forza
rLarmor = vtermica/(eB/m)∝T1/2/B
Un protone da 1keV, B=5Tesla ⇒ rLarmor=1mm
![Page 15: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/15.jpg)
Il confinamento magnetico
Come confinare ilplasma lungo B?
Campotoroidale
![Page 16: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/16.jpg)
Il confinamento magnetico
Come confinare ilplasma lungo B?
Campotoroidale
Campopoloidale
![Page 17: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/17.jpg)
Il confinamento magnetico
Superficie magnetica
Come confinare ilplasma lungo B?
Campotoroidale
Campopoloidale
Asse magnetico
![Page 18: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/18.jpg)
La formazione di un plasma confinato
1. La camera viene riempita diDeuterio
![Page 19: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/19.jpg)
La formazione di un plasma confinato
1. La camera viene riempita diDeuterio2. Viene prodotto il campomagnetico toroidale.
![Page 20: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/20.jpg)
La formazione di un plasma confinato
1. La camera viene riempita diDeuterio2. Viene prodotto il campomagnetico toroidale.3. Viene indotta una corrente nelplasma in direzione toroidale chegenera un campo magneticopoloidale.
![Page 21: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/21.jpg)
La formazione di un plasma confinato
1. La camera viene riempita diDeuterio2. Viene prodotto il campomagnetico toroidale.3. Viene indotta una corrente nelplasma in direzione toroidale chegenera un campo magneticopoloidale.4. Il plasma viene riscaldato cononde a radiofrequenza o fasci diatomi ad alta energia.
![Page 22: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/23.jpg)
FTU(Frascati Tokamak Upgrade)
Distanza dall’assemagnetico (m)
Temperatura(keV)
#17389
oh
1.5x108K!
![Page 24: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/24.jpg)
Quali condizioni occorreraggiungere per avere un guadagno
netto di energia?
• Potenza prodotta nelle reazioni di fusione> Perdite (radiazione + conduzione)
⇓
ITER
![Page 25: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/25.jpg)
Potenza di fusione
• Pfusione= nDnT <σv> Ereazione × Volume
<σv>m3s-1
Temperatura (keV)
n2<σv> ≈n2T2
= p2 ≈β2B4
↑β ≡ p/(B2/2µo)
vincolato dallastabilità MHDdel plasma
n≡densitàdi particelle
![Page 26: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/26.jpg)
Perdite per conduzione del calore
![Page 27: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/27.jpg)
Perdite per conduzione del calore• Pconduzione = W/τE• W= (3/2) nT×Volume
• τE ≡ tempo di confinamentodell’energia
![Page 28: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/28.jpg)
Il tempo di confinamento dell’energia
Il tempo necessario perraffreddare il sistema dopoaver spento le fonti dicalore
![Page 29: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/29.jpg)
Il tempo di confinamento dell’energia
Il tempo necessario perraffreddare il sistema dopoaver spento le fonti dicalore
riscaldamento
![Page 30: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/30.jpg)
Il tempo di confinamento dell’energia
Il tempo necessario perraffreddare il sistema dopoaver spento le fonti dicalore
![Page 31: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/31.jpg)
Il tempo di confinamento dell’energia
Il tempo necessario perraffreddare il sistema dopoaver spento le fonti dicalore
![Page 32: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/32.jpg)
L’estrapolazione a ITER• Il risultato di un lavoro
di selezione dei dati ditutti gli esperimenti.
• L’estrapolazione e’molto minore allaestensione dei dati.
• Il tempo diconfinamento aumentaall’aumentare delledimensioni (e delcampo magnetico).
τE(s)
τEfit(s)
![Page 33: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/33.jpg)
τE aumenta con dimensioni ecampo magnetico
• Coefficiente di diffusione
D≈rLarmor2 (vt/a)
• Tempo di confinamento
τE ≈ a2/D≈ (a/rLarmor)2(a/vt)∝ a3B2
rLarmor
a
![Page 34: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/34.jpg)
Il criterio di Lawson
• Per avere unguadagno netto dienergia occorre
nTτE>4×1021m-3 s keV
nTτE
Temperatura
≈ 4x1021m-3s keV
Pfusione>Radiazione+ Conduzione del calore
![Page 35: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/35.jpg)
La Fusione e’ giunta in condizioni vicineall’autosostenimento della reazione
Temperatura
Tempo di confinamento × temperatura × densita’
Prima generazioneanni ‘70
Seconda generazioneanni ‘80
Terza generazioneanni ‘90
![Page 36: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/36.jpg)
Riassumendo
• Negli esperimenti esistenti si riescono araggiungere i valori di densita’ etemperatura desiderati.
• Per arrivare a condizioni di guadagno dienergia occorre soddisfare il criterio diLawson per il prodotto nTτE.
• Il confinamento migliora all’aumentare delcampo magnetico e delle dimensioni.
![Page 37: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/37.jpg)
ITER
• Dimostrazione dei regimi di funzionamento delreattore a Fusione.
• Amplificazione di energia di un fattore 10 perdurate di 5 minuti e di un fattore 5 in statostazionario (500MW di potenza di fusione).
• Test integrato di tutte le soluzioni tecnologicherilevanti per la costruzione di un reattore aFusione.
![Page 38: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/38.jpg)
Pfusione =500MWPalfa =100MWPausiliaria=50MWDurata 300-3600s
![Page 39: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/39.jpg)
Sistema magnetico
• Magnete toroidale e solenoide centraleNb3Sn– Strand superconduttore avanzato– Sei industrie europee qualificate
• Poloidali NbTi
![Page 40: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/40.jpg)
Advanced Nb3Sn strand
10 11 12 13 14 15 16400
600
800
1000
1200
1400
1600
Target value Minimum value
SMI 2-183 (PIT) OST 7567 OKSC NT6808 OCSI EAS NSTT 8305 (bronze)
Jc (
A/m
m2
)
µ0H (T)EFDA
![Page 41: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/41.jpg)
Prototipi delle bobine delmagnete e del solenoide centrale
![Page 42: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/42.jpg)
Divertore:C e W
Schermo:assorbimento dei neutroni
Camera da vuoto
Prima parete Be
![Page 43: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/43.jpg)
Divertore
• Il calore prodotto nel plasma e perso perconduzione deve essere smaltito senzaproduzione di impurezze.
• Le ceneri di elio devono essere asportateper evitare lo spegnimento della reazione.
![Page 44: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/44.jpg)
divertore
Il calore e le ceneri che escono dall’interno della colonna di plasma fluiscono verso il divertore
![Page 45: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/45.jpg)
divertore
Parte del calore viene convertito inRadiazione che si deposita sulla parete
Il calore e le ceneri che escono dall’interno della colonna di plasma fluiscono verso il divertore
![Page 46: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/46.jpg)
divertore
Parte del calore viene convertito inRadiazione che si deposita sulla parete
Il flusso di particelle verso il divertoretiene confinate nel divertore le impurezzeestratte dalle piastre
Il calore e le ceneri che escono dall’interno della colonna di plasma fluiscono verso il divertore
![Page 47: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/47.jpg)
Il calore e le ceneri che escono dall’interno della colonna di plasma fluiscono verso il divertore
divertore
Parte del calore viene convertito inRadiazione che si deposita sulla parete
I processi di ricombinazione consentono di ridurre il carico termicosulle piastre del divertore
Il flusso di particelle verso il divertoretiene confinate nel divertore le impurezzeestratte dalle piastre
![Page 48: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/48.jpg)
W monoblocks
CFC monoblocks
• W monoblocks per la partesuperiore del divertore(baffle):
• CFC monoblock per lecomponenti ad alto flussotermico
![Page 49: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/49.jpg)
Test dei componenti del divertore
CFC/Cu W/Cu
![Page 50: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/50.jpg)
Prototipo del sistema di smontaggio dellacassetta del divertore
![Page 51: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/51.jpg)
Sistemi ausiliari
![Page 52: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/52.jpg)
Iniezione di atomi neutri
• Fascio 1MeV, 40A, 3600s, D-• Sorgente 200A/m2 (filamento o radiofrequenza)
![Page 53: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/53.jpg)
Progettazione, realizzazione etest di antenne a radiofrequenza
Antenna per onde alla frequenza ibridaInferioreModulo dell’antenna di ITER
![Page 54: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/54.jpg)
Sviluppo di sorgenti RF
![Page 55: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/55.jpg)
Punti critici
• Instabilità collettive guidate dalle alfa– Marginali nel regime di operazione di
riferimento ma potenzialmente rilevanti in altriregimi di operazione
• Compatibilità dei materiali di prima parete– ritenzione di T da parte delle componenti in C?
• Test dei moduli di mantello triziogeno
![Page 56: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/56.jpg)
La strada verso il reattore
• Nel caso di successo di ITER, cosa serve percostruire il reattore?
• Principali differenze tra ITER e reattore– Fluenza neutronica (150dpa sul reattore 3dpa su ITER)⇒ abbiamo i materiali strutturali per ITER madobbiamo qualificare quelli per il reattore
– Mantello triziogeno (solo test su ITER) ⇒dimostrazione dell’autosufficienza del reattore
![Page 57: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/57.jpg)
Il reattore a fusione
• Quattro modelli (A→D)– Crescente complessità– Soluzioni tecnologiche
più avanzate– Dimensioni minori e
costo dell’elettricità piùbasso
![Page 58: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/58.jpg)
Materiali strutturali per elevatefluenze neutroniche
![Page 59: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/59.jpg)
Transizione duttile-fragile
Ductile-Brittle TransitionTemperatureTwo heat treatments
~ 200 K
-30%
TBM design window
Irradiation effects
Operational window
Unirradiated
Irradiated
~32 dpa, 332°C, ARBOR 1 irradiation (C. Petersen, FZK)
![Page 60: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/60.jpg)
IFMIF• Qualificare i materiali per DEMO• Validazione dei dati generati dagli spettri dei
reattori a fissione• Caratteristiche
– 2MW/m2 in un volume di 0.5l– Spettro simile al reattore a fusione– 150dpa in alcuni anni
![Page 61: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/61.jpg)
IFMIF
D+
n-irradiation
(~1017 n/s)
Li flow
Testpieces
Heatexchanger
ECRsource
RFQ DTL
PIE
Accelerator Target Test Cell
10 MW beam heat removalwith high speed liquid Li flow
Beam footprint on Li target:20cm wide x 5cm high (1 GW/m2)
Irrad. Volume > 0.5L
for 1014 n/(s・cm2),(20 dpa/year)
Temp.: 250<T<1000℃
EM pump
Two accelerators
Deuteron accelerators:
40 MeV 250 mA (10 MW)
Total Availability: 70 %
D+ beams
neutrons
ECR source: 155 mA, 95 keV
Two 175 MHz Accelerators: each 125mA and 40 MeV, acceleration byRadio Frequency Quadrupoles (RFQ)and Drift Tube Linacs (DTL).
Typical reactions:7Li(d,2n)7Be, 6Li(d,n)7Be,6Li(n,T)4He.
HEBTLEBT
![Page 62: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/62.jpg)
Il mantello triziogeno• Tritium Breeding Ratio >1• Breeder: Li17Pb83 (liquido),
Li4SiO4(solido)• Moltiplicatore Pb o Be• Refrigerante: H2O, He,
autorefrigerato• Materiale strutturale: acciai
ferritici-martensitici(T<550oC), ODS (T<650oC),SiC/SiC (T<1000oC)
![Page 63: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/63.jpg)
Scorie dopo 50 e 100 anni
Model A Model B
Model C Model D
![Page 64: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/64.jpg)
ITER: a che punto siamo?
USA S. KoreaCina
Canada
UE
Russia
GiapponeIndia
Brasile
![Page 65: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/65.jpg)
ITER: a che punto siamo?
• Fine 2003: selezione del sito proposto dall’Europa(Cadarache, Francia)
• 2004: Due siti candidati a ospitare ITER:– Cadarache (Europa, Russia, Cina)– Rokkasho (Giappone, USA, Korea)
• Consiglio dei Ministri UE Novembre 2004.• Giugno 2005: accordo di Mosca• Dicembre 2005: nomina del Direttore (K. Ikeda)• Aprile 2006: nomina Vicedirettore (N. Holtkamp)
![Page 66: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/66.jpg)
Fast Track to Fusion Energy
UKAEA
![Page 67: Le prospettive dell’energia da fusione nucleare e il ... · La radioattivita’ nei reattori a Fusione diminuisce rapidamente grazie all’utilizzo di materiali a bassa attivazione](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022720/5c66117e09d3f2e33b8b97d7/html5/thumbnails/67.jpg)
Conclusioni
• L’energia da fusione è illimitata, sicura e a bassoimpatto ambientale.
• I tempi sono maturi per la realizzazione di unreattore sperimentale.
• L’Italia e’ in buona posizione per partecipare inmaniera proficua.
• La fusione non è un impresa per i soli fusionisti:serve la collaborazione di vari settori di ricerca.