Esperienza e ruolo del Politecnico di Torino nella Fusione Nucleare

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1 Esperienza e ruolo del Politecnico di Torino nella Fusione Nucleare G. Vecchi 1, R. Zanino 2 giuseppe.vecchi@polito.it roberto.zanino@polito.it 1 Dipartimento di Elettronica 2 Dipartimento di Energetica Torino, 17 maggio

2 Introduzione: La ricerca Al Politecnico sono operativi gruppi di ricerca sulla fusione nucleare da piu di 20 anni Calcolo e modellazione in tutti i campi principali dell ingegneria Collaborazioni con i piu prestigiosi laboratori del mondo su attivita legate a ITER, fin dall inizio del progetto Ruolo attivo nella progettazione di parti di ITER Opportunita per le aziende: partnership e sinergie con il Politecnico Obiettivo: aumentare la competitivita nel contesto dei bandi F4E e ITER Torino, 17 maggio

3 Introduzione: La formazione Corsi sulla Fisica e sulla Ingegneria della fusione da piu di 20 anni (laurea in Ingegneria Energetica e Nucleare) >50 Tesi di laurea, >20 Tesi di dottorato nel campo della fusione Opportunita per le aziende collaborazione a tesi di laurea cofinanziamento di tesi di dottorato possibile assunzione di personale gia formato nel contesto dei bandi F4E e ITER Torino, 17 maggio

4 Gruppi di ricerca ed esperienza nella progettazione ITER Radio Frequenza (Prof. G. Vecchi) Fisica del plasma (Dr. D. Grasso) Materiali (Prof. M. Ferraris) Sicurezza (Prof. M. Zucchetti) Termoidraulica, Superconduttivita & Criogenia (Prof. R. Zanino) Torino, 17 maggio

5 Antenne affacciate al plasma [R. Maggiora, G. Vecchi et Al ] Antenne affacciate al plasma: per trasferire (grandi) potenze a RF al plasma (MW) Antennas Antennas Courtesy of JET: Courtesy of CEA-Cadarache: ITER Antenna Characteristics: MW per antenna MHz 45 kv maximum voltage 3600 s durata dell impulso Torino, 17 maggio

6 ANTENNAS PLUG BODY AND MATCHING SYSTEM IN THE PORT CELLS 6

7 ANTENNAS PLUG BODY AND MATCHING SYSTEM IN THE PORT CELLS 7

8 ANTENNA FRONT VIEW (ONLY TWO QUADRANTS SHOWN) 8

9 ANTENNA PORT PLUG (ONLY TWO QUADRANTS SHOWN) 9

10 Antenne a RF affacciate al plasma: Situazione e opportunita Cinque organizzazioni EU: CCFE, CEA, ERM, IPP e POLITO Hanno formato un consorzio (CYCLE) per progettare il sistema di antenne di ITER sotto contratto con F4E Attivita` di progetto in corso, termine meta` 2012 Il consorzio ha in programma di presentare proposte (bid) per le attivita` future, procurement e testingrichiedera negoziazione con F4E 10

11 Ruolo di POLITO nel progetto delle Antenne di ITER - Ideato e sviluppato il codice di calcolo virtualprototyping (TOPICA) attualmente usato per il progetto delle antenne di ITER (dai diversi gruppi) -Iniziato e condotto e l ottimizzazione computer- assisted dell antenna per arrivare ai requisiti richiesti di potenza (power handling) Torino, 17 maggio

12 Termoidraulica e criogenia [R. Zanino et al.] Il gruppo ha sviluppato, convalidato e applicato codici di calcolo per la modellazione della termofluidodinamica nei piu vari regimi di interesse in ITER Alta temperatura (plasma interazioni plasma-parete) Medie temperature (H 2 O, Pb refrigerazione componenti ad alto flusso affacciati al plasma) Basse temperature (He criogenia, magneti superconduttori) Vincitore nel 2010 dell F4E Framework contract (2 + 2 anni) per tutti i servizi nei settori della termoidraulica e criogenia Torino, 17 maggio

13 Modellazione del plasma fino alla prima parete Z (m) Carichi termici fino a oltre 10 MW/m2 Erosione, produzione di impurezze R (m) Torino, 17 maggio

14 Modellazione della refrigerazione del vacuum vessel di ITER H 2 O outlet CFD 3D molto complessa! Torino, 17 maggio 2011H 2 O inlet 14

15 Modellazione dei cavi superconduttori per ITER Propagazione del QUENCH in un conduttore ITER-like 8 7 Normal zone evolution Calcolato Comp. Tempo (s s) Time (s) Misurato Exp Length along conductor (m) Posizione assiale Geometria e condizioni termodinamiche molto complesse Torino, 17 maggio

16 Modellazione performance ITER Model Coils Toroidal Field Model Coil ( ) Simulazione del coil 250 Exp Comp 200 Voltage (µv) Heater OFF 50 0 Heater ON Torino, 17 maggio 2011 Temperature (K) 16

17 Sviluppo, convalida e applicazione del codice 4C Modellazione di dei cavi superconduttori, strutture e circuito criogenico Convalidato per transitori diversi (da cool-down a safety discharge) su diversi Torino, 17 maggio 2011 coil 17 17

18 Conclusioni Al Politecnico di Torino esistono da piu di 20 anni competenze nel campo della fusione nucleare Collaborazioni internazionali che coinvolgono ENEA, F4E, ITER Organization, etc. Know-how su calcolo e modellazione, tecnologie, progettazione di sottosistemi Formazione a diversi livelli di tecnici qualificati Possibilita per le aziende di sviluppare utili sinergie con il Politecnico, finalizzate all aumento della competititvita nelle gare F4E/ITER Torino, 17 maggio