La Fusione Nucleare. Il sole dell avvenire. M.Samuelli UTS Fusione

Transcript

1 La Fusione Nucleare Il sole dell avvenire M.Samuelli UTS Fusione

2 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.

3 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

4 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.

5

6 La fusione nucleare

7 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

8 Alcune reazioni nucleari di fusione D + T -> He 4 + n Q=17.6 Mev ( σ 10 barn a 100 kev) n + Li 6 -> He 4 + T Q=4.8 MeV D + D ->T + p // He 3 +n (50%) Q=4.03//3.27 MeV (σ tot =1barn a 1 Mev) p + B 11 -> 3He 4 (σ 1 barn a 600 kev) Q=8.7 MeV

9 Reazioni di fusione nelle stelle p + p -> D D + p >He 3 He 3 + He 3 ->He 4 + p +p C 12 + p ->N 13 ->C 13 + p->n 14 + p ->O 15 ->N 15 + p ->C 12 + He 4

10 Ma cosa è?

11 E una cosa difficile

12 Repulsione elettrostatica F = - Z 1 Z 2 e 2 /r 2 (nel vuoto) Plasma Instabilità Moti turbolenti Piccola sezione d urto Politica internazionale No dramma energetico

13 Diversi tipi di fusione nucleare Confinamento inerziale Confinamento magnetico [Fusione fredda]

14 Fusione magnetica e fusione inerziale

15 F=-Z 1 Z 2 e 2 /r 2 T >10 8 k E Prodotta/vol ~ n 2 <σv>τ E Immessa/vol ~ nt Fattore di merito -> n τ f(t)

16 La meta agognata

17 P~nT Fusione Magnetica n part/cm 3 τ 1 sec Dimensioni del plasma 1000 m 3 Fusione Inerziale Si comprime il plasma oltre la densità dello stato solido (n cm -3 ) τ 100 ps Dimensioni del plasma 10-6 cm 3

18 Ignizione D + T -> He 4 (3.5 MeV) + n(14.1)mev Q=17.6 Mev Se l energia rilasciata nel plasma dalle alfa (He 4 ) > perdite di energia dal plasma Ignizione Se <, è necessario continuare a fornire energia al plasma per mantenerlo a temperatura termonucleare

19 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.

20 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./cm 3 ) dell ordine di quella degli ioni costituenti il reticolo

21 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

22 A che punto siamo

23

24

25

26

27

28 Il futuro

29 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) UE,Fed.Russa,USA, Giappone,Cina,Corea,(Canada) NIF (National Ignition Facility)

30

31

32

33 ITER - Estimated total cost of costruction

34

35

36 Chi siamo

37

38 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)

39 Le principali Associazioni con Euratom Germania (3 Associazioni) 40% Italia (Euratom-ENEA) 20% Francia (Euratom-CEA) 20% Gran Bretagna (Euratom-UKAEA)10% 90%

40 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 ENEA- Euratom. L Associazione italiana con Euratom sulla fusione si identifica quindi con quella ENEA-Euratom.

41 Associazione Euratom-ENEA Associazione Euratom-ENEA ENEA CNR MI CONS. RFX POLITO CREATE Univ.Catania

42 La fusione in Italia Personale (non tutto a tempo pieno ) pers prof Gruppo di ricerca Euratom ENEA Cons RFX CNR Milano Cons CREATE POLITO Univ Catania 5 5_ No Gruppo di ricerca Ignitor 10 9 Altro (Fus.Fredda Spin off) 10 5

43 La Fusione in ENEA Budget ed entrate (media annuale dal MEuro ) Entrate Euratom ~ 10 Altri contratti ~ 0.7 (Ignitor) Fondi di rotazione 22.5 ~33.2 Uscite Attività programmatiche ~ 8.5 JET 1.5 ~10

44 Attività della Fusione in Italia (1) Fisica Grandi apparati sperimentali: FTU, RFX, ABC JET Progetto Ignitor Diagnostiche, Teoria, Codici Fusione fredda

45 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

46 FTU Frascati

47 FTU Frascati

48 RFX Padova

49 ABC Frascati

50 FNG Frascati Neutron Generator