Il Nucleare da Fusione

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Chiara Eloisa Grande
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1 Il Nucleare da Fusione Presentato da A. Pizzuto per conto del Gruppo di Ricerca ENEA sulla Fusione

2 Sommario Introduzione Il quadro di riferimento Le attività in corso in ENEA I Programmi futuri Conclusioni

3 Introduzione La Fusione è oggi considerata una delle poche opzioni per una fonte di energia di larga scala sostenibile e sicura (SET-Plan europeo) a fronte di una richiesta sempre crescente e in presenza di problemi ambientali non più eludibili Questa posizione è condivisa da parte dei paesi più tecnologicamente avanzati (EU,Cina,Corea,FR,J,India, USA) che hanno concentrato gli sforzi in una impresa comune: ITER L ENEA è tra i pionieri dello sviluppo della fusione al quale ha contribuito in modo sostanziale nell ambito del programma europeo al quale partecipa come coordinatore nazionale.

tecnologicamente avanzati (EU,Cina,Corea,FR,J,India, USA) che hanno concentrato gli sforzi in una impresa comune: ITER L ENEA è tra i pionieri dello

4 Il Quadro di riferimento La decisione di costruire ITER ha impresso al programma, già orientato verso il reattore, una forte accelerazione ITER rappresenta il cuore di un programma che per la sua connotazione reattoristica include altri progetti/attività destinati sia allo studio della fisica che allo sviluppo di tecnologie più tipiche del reattore: Il Programma di Accompagnamento europeo in fisica e tecnologia Il Broader Approach (accordo EU-J) DEMO SET-Plan (european Strategic Energy Technology Plan).

progetti/attività destinati sia allo studio della fisica che allo sviluppo di tecnologie più tipiche del reattore: Il

5 La road map Accompanying program JT60SA FT3 Broader Approach Present machine DEMO Tore supra ITER JET FTU Alternative concepts Materials EVEDA IFMIF

6 Le Attività in Corso Le attività in ENEA coprono sia le attività relative: Confinamento magnetico (linea principale) Confinamento inerziale (Keep in touch) e includono fisica,tecnologia ed ingegneria integrate a livello di sistema

principale) Confinamento inerziale (Keep in touch) e

7 Fisica: FTU Tokamak Compatto R=0.93m, a=0.3m, B T =8T (raff. N 2 liq) I P =1.6MA, Δt=1.5s Poloidal Limiter metallico intercambiabile Limiter Toroidal Mo Limiter Liquid Lithium Iniettore di pellet orizzontale (8/#, 1.5km/s) Insieme completo di diagnostiche Sistemidiriscaldamentoa RF Ion Bernstein Waves: 433MHz/0.6MW/0.5s Lower Hybrid: 8GHZ/3MW/1s Electron Cyclotron: 140GHz/1.6MW/0.5s

Iniettore di pellet orizzontale (8/#, 1.

8 Fisica: FTU risultati Alta efficienza di Current Drive : LH+EC Scenari avanzati con riscaldamento elettronico Sviluppo e test struttura di accoppiamento LH multijunction Profili di densità molto piccati con Litio Liquido Studi di Metallic Dust MHD-Control con ECRH Controllo disruzioni con ECRH e- Fishbones Alfvénic Modes eccitati da modi MHD non lineari

Profili di densità molto piccati con Litio Liquido Studi di Metallic Dust MHD-Control

9 Fisica: Teoria Teoria della microturbolenza: Confronto delle previsioni teoriche con risultati sperimentali Teoria generale delle fluttuazioni Alfvéniche con applicazione allo studio degli effetti collettivi nei plasmi reattoristici. (Frascati ha l unico codice EU per questi studi) Analisi predittive di trasporto finalizzati all ottimizzazione della performance. Analisi dettagliata del riscaldamento ICRH e analisi degli effetti collettivi indotti dagli ioni energetici così generati. Analisi lineare e nonlinere delle onde MHD in presenza di riscaldamento addizionale Moltissime Collaborazioni Internationali tra cui (unico non USA) col progetto SciDAC (Scientific Discovery through Advanced Computing): Gyrokinetic Simulation of Energetic Particle Turbulence and Transport.

Analisi dettagliata del riscaldamento ICRH e analisi degli effetti collettivi indotti dagli ioni energetici così generati.

10 Fisica : layout ABC Legend: P polarizer, PC Pockels cell, FS spatial filter, Mxx amplifier module (xx = Φ in mm) 2ω generator M 50 M 75 B C FS Oscillator M 50 M 35 P M 10 PC Ap P P PC M 20 P M10 M 10 P PC M 10 M 10 FS P P λ/4 Vacuum chamber λ/4 M 50 M 75 A 2ω generator 25 m ABC è un laser al Neodymium a doppio fascio che opera nel range dei ns Energia / Beam 100 λ=1.054 µm Durata impulso ns Tempo di salita ns Larghezza di Banda 0.15 THz Opzioni 2ω + smoothing Un beam secondario è disponibile come diagnostica ( 0.6 ns, 0.5 µm) ENEA grazie a questa attività partecipa all ISR HiPER Interferogramma di un foglio sottile irraggiato senza e con smoothing.

dei ns Energia / Beam 100 J @ λ=1.054 µm Durata impulso 0.8 3 ns Tempo di salita 0.5 1.5 ns Larghezza di Banda 0.

11 Tecnologia: Superconduttività ENEA è leader nel campo dei cavi Superconduttori: progettazione e partecipazione alla realizzazione del cavo che detiene il record mondiale di corrente 80kA Cavo di ITER Supporto tecnologico al CERN per la qualifica dei diodi di by-pass di LHC Generatore eolico superconduttivo ad alta Tc: riduzione di peso e rendimento globale >30% Depositati diversi brevetti

di ITER Supporto tecnologico al CERN per la qualifica dei diodi di by-pass di LHC Generatore

12 CFC line Pre-brased Casting Tecnologia: Componenti per Alti Flussi Termici NDT US development Divertore 20 MW/m 2 W Tools CFC restraining tool 25 MW/m mm curved W sample Depositati diversi brevetti HRP Mould

20 MW/m 2 W Tools CFC restraining tool 25 MW/m 2 220

13 Tecnologia: Manutenzione remota e ispezione visiva Piattaforma DRP CR Brasimone Gradino : - 1mm Radar Ottico CR Frascati Gradino : - 2mm Gradino : - 3mm PRIMA PARETE DI ITER ACCURATEZZA DI MISURA < 0,5 mm Depositati diversi brevetti

CR Frascati Gradino : - 2mm Gradino : - 3mm PRIMA PARETE

14 Tecnologia: Mantello fertile Mock up Il konw how acquisito nella tecnologia dei metalli liquidi e la dotazione impiantistica unica nel suo genere fanno del CR Brasimone uno dei punti di eccellenza per questi sviluppi Loop elio Loop Pb-17Li liquido

impiantistica unica nel suo genere fanno del CR Brasimone uno

15 Tecnologia: Materiali Materiali strutturali (a bassa attivazione: Metallici (acciai 9%CrWVTa, ODS) Ceramici compositi (SiC f /SiC) Materiali Funzionali: Breeder ceramici e metallici (liquidi) Protezione componenti affacciati al plasma Alta densità Zero porosità Giunzioni Depositati diversi brevetti

Funzionali: Breeder ceramici e metallici (liquidi) Protezione componenti

16 Tecnologia: Ciclo del Combustibile I processi di trattamento dei gas esausti è una delle peculiarità degli impianti a fusione. Il trizio deve essere separato dagli altri gas sia per problemi di economicità sia per problemi si sicurezza. L ENEA ha sviluppato reattori catalitici a membrana capaci di separare l idrogeno con efficienze prossime al 100%. Tecnologia brevettata richiesta dagli USA

Il trizio deve essere separato dagli altri gas sia per problemi di economicità sia per problemi si

17 Tecnologia: Dati Nucleari Validazione dati per i Data Base EFF/EAF Sviluppo diagnostiche e sensori N termico α 6 LiF n veloce Intrinsic CVD B-doped CVD HPHT T α 9 Be Misure: n/γ flusso & spettro, attivazione, Calore di decadimento Collaborazione con Uni Roma Tor Vergata Analisi: MCNP & DORT, EFF-3, EAF2001 Analisi Sensibilità/Incertezza basata su Monte Carlo (MCNP) e su approccio deterministico (SUSD)

attivazione, Calore di decadimento Collaborazione con Uni Roma Tor Vergata Analisi: MCNP & DORT,

18 Ingegneria di sistema Ingegneria del plasma Ingegneria meccanica Analisi termomeccaniche, elettromagnetiche, neutroniche Impiantistica: Elettronica (Rafiofrequenza) Elettrotecnica (alimetazioni elettriche non convenzionali) Controlli Sicurezza ed impatto ambientale Studi sociali ed economici

Elettronica (Rafiofrequenza) Elettrotecnica (alimetazioni elettriche non

19 Il Futuro

20 Partecipazione a ITER Central Solenoid Nb 3 Sn, 6 modules Toroidal Field Coil Nb3Sn, 18, wedged Poloidal Field Coil Nb-Ti, 6 Major plasma radius 6.2 m Plasma Volume: 840 m 3 Plasma Current: 15 MA ITER Cryostat 24 m high x 28 m dia. Vacuum Vessel 9 sectors Blanket 440 modules Port Plug heating/current drive, test blankets limiters/rh diagnostics Torus Cryopumps, 8 Typical Density: m -3 Typical Temperature: 20 kev Fusion Power: 500 MW Bt 5,3 T on plasma axis Machine mass: t (cryostat + VV + magnets) Divertor 54 cassettes

Vacuum Vessel 9 sectors Blanket 440 modules Port Plug heating/current drive, test blankets limiters/rh diagnostics Torus Cryopumps, 8

21 Partecipazione ad ITER 43 mm Supercondutività Componenti Alto Flusso Visione e metrologia laser TBM Diagnostica neutronica TBM e Diagnostica in consorzio con altre Ass.europee

22 Protosfera Tokamak sferico con configurazione magnetica generata da un arco di plasma (invece che da un trasformatore) Esperimento in fase di costruzione

23 FAST:parametri Parametri di FAST 0.64 Plasma Current (MA) 6.5 B T (T) 7.5 Major Radius (m) 1.82 Minor Radius (m) Elongation k Triangularity δ Safety Factor q 95 3 <n>(m -3 ) 2x10 20 Flat-top (s) 13 H&CD power (MW) 40 ICRH 30 ECRH 4 LH 6 P/R (MW/m) 22

24 FAST: obiettivi FAST (Fusion Advanced Studies Torus) è una facility studiata per coprire nel modo più ampio possibile gli obiettivi del programma europeo in supporto ad ITER e DEMO (Tokamak satellite) FAST copre gli aspetti di fisica e tecnologia ancora largamente inesplorati complementando il programma di altri esperimenti satellite (JT60SA) Q/(Q+5) FAST ITER Q/(Q+5): indice performance (1 uguale ignizione) 1/ρ* Thermal : qualità reattoristica del plasma SA Today 1/ρ* Thermal

25 FAST: obiettivi In particolare FAST si propone di: Studiare fenomeni di dinamica non lineare legati alla presenza di particelle veloci (come le alfa) tipici di un plasma che brucia Ottenere un plasma con caratteristiche molto simili a quelle di ITER Qualificare soluzioni tecnologiche innovative per I componenti affacciati al plasma (W, metalli liquidi) Preparare scenari di plasma avanzati rilevanti per il reattore e contribuire al progetto e R&D di DEMO Sviluppare diagnostiche necessarie per ITER e DEMO

26 Stato del Progetto Definite le condizioni operative che spaziano dalle altissime prestazioni (Q=3), a impulsi fino a 200s di durata ( Scenari Avanzati ) Realizzato il progetto di massima del tokamak (progetto meccanico, alimentazioni elettriche, sistemi ausiliari etc.) Studiati due possibili siti: Frascati, Casaccia Effettuato studio fattibilità estensione rete a 400 kv presso i siti

27 Conclusioni L ENEA nel campo della fusione ha le competenze, spesso uniche, competitive a livello mondiale Mettendo queste competenze in sinergia con quelle complementari dei partner del programma si potrà dare al sistema Italia una posizione di leadership in un settore energetico a cui il mondo guarda con sempre maggiore attenzione e convinzione.

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