H 2 H 2 H 2. Come geenerare corrente nel plasma di un possible reattore a fusione nucleare è un problema di fondamentale importanza

Transcript

1 H 2 H 2 H 2 Come geenerare corrente nel plasma di un possible reattore a fusione nucleare è un problema di fondamentale importanza H 2 H 2 Roberto Cesario Unità Fusione Nulceare Centro Ricerche ENEA Frascati Università Roma Tre Roma, 6 maggio 2014 H 2 H 2

2 I centri europei di ricerca sull energia da fusione nucleare

3 Frascati Tokamak Upgrade (FTU)

4 Joint European Torus (JET) Collaborazione Frasca8- Università

5 Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv per produrre 1 kw h 4 kw h kw h vvvv vvvv 1 kw h 53 m 2 di superficie fotovoltaica vvvv Vv vv si richiede vvvv 30 tonn. da un altezza di 100 m 1 kg di petrolio 1 kg di uranio V vvv Liceo Tasso Roma

6 Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv per produrre vvvv 1 kw h 53 m 2 di superficie fotovoltaica elekromagne8ca (e.m.) 1 kw h 30 tonn. da un altezza di 100 m gravitazionale e e.m. 4 kw h kw h vvvv vvvv Vv vv si richiede vvvv 1 kg di petrolio 1 kg di uranio V vvv Principale forza fondamentale coinvolta e.m. e.m. Liceo Tasso Roma

7 Perché il concetto di nucleare evoca sempre un energia straordinariamente grande?

8 Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv per produrre vvvv 1 kw h 53 m 2 di superficie fotovoltaica elekromagne8ca (e.m.) 1 kw h 30 tonn. da un altezza di 100 m gravitazionale e e.m. 4 kw h kw h vvvv vvvv Vv vv si richiede vvvv 1 kg di petrolio 1 kg di uranio o altri combus8bili (torio) V vvv Principale forza fondamentale coinvolta e.m. e.m.!!! Liceo Tasso Roma

9 Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv per produrre vvvv 1 kw h 53 m 2 di superficie fotovoltaica elekromagne8ca (e.m.) 1 kw h 30 tonn. da un altezza di 100 m gravitazionale e e.m. 4 kw h kw h vvvv vvvv Vv vv si richiede vvvv 1 kg di petrolio 1 kg di uranio V vvv Principale forza fondamentale coinvolta e.m. e.m. Produrre energia dalla fusione nucleare: un concetto che bisogna ancora dimostrare Fusione nucleare: kw h 1 kg di Deuterio (da 30 m 3 d acqua) Interazione nucleare forte

10 Quella sulla fusione nucleare rappresenta la sola a9vità di ricerca che mira a produrre energia in un modo conce<ualmente nuovo

11 Quella sulla fusione nucleare rappresenta la sola a9vità di ricerca che mira a produrre energia in un modo conce<ualmente nuovo Produrre qualcosa in modo nuovo implica che dovremmo conoscere bene cosa sia quel qualcosa Sappiamo davvero cos è l energia?

12 Cosa serve per produrre energia? ENERGIA

13 Cosa serve per produrre energia? So<o l azione di una o più forze fondamentali della natura il sistema raggiunge una configurazione più stabile Meccanismo di trasformazione spontanea ENERGIA

14 Cosa serve per produrre energia? So<o l azione di una o più forze fondamentali della natura il sistema raggiunge una configurazione più stabile Meccanismo di trasformazione spontanea ENERGIA

15 Cosa serve per produrre energia? So<o l azione di una o più forze fondamentali della natura il sistema raggiunge una configurazione più stabile Meccanismo di trasformazione spontanea ENERGIA Il processo deve avvenire in modo controllato

16 Cosa serve per produrre energia? So<o l azione di una o più forze fondamentali della natura il sistema raggiunge una configurazione più stabile Meccanismo di trasformazione spontanea ENERGIA Il processo deve avvenire in modo controllato In tu<e le fon8 energe8che oggi u8lizzate si u8lizza un meccanismo il cui autocontrollo è garan8to dalla Natura

17 Cosa serve per produrre energia? So<o l azione di una o più forze fondamentali della natura il sistema raggiunge una configurazione più stabile Meccanismo di trasformazione spontanea ENERGIA Il processo deve avvenire in modo controllato In tu<e le fon8 energe8che oggi u8lizzate si u8lizza un meccanismo il cui autocontrollo è garan8to dalla Natura Un modo conce<ualmente nuovo di produrre energia implica la realizzazione di un sistema complesso e autoorganizzato che non esiste in natura

18 Cosa vuol dire energia?

19 L origine della parola greca, ενεργεια é deriva da:,, é εν εργον al lavoro = a\vità

20 L origine della parola greca, ενεργεια é deriva da:,, é εν εργον al lavoro = a\vità, ενεργεια é per i Greci nomina l A\vità della Natura che segue la propria Necessità interna

21

22 Tutte le forze della natura concorrono a produrre ed irradiare l energia del sole Forza elettromagnetica Forza gravitazionale p + 2 H 3 He 4 He Interazione nucleare forte p + n! e e + Interazione nucleare debole

23 La stabilità dei nuclei è all origine dell energia nucleare 10 Energia di legame dei nucleoni al variare del numero di massa Energia di legame per nucleone (MeV) Elio 4 Deuterio ΔE 1 =E fissione Uranio Numero di massa

24 La stabilità dei nuclei è all origine dell energia nucleare 10 Energia di legame dei nucleoni al variare del numero di massa Energia di legame per nucleone (MeV) Elio 4 La vera energia nucleare è quella di fusione ΔE 2 =E fusione Deuterio E fusione >> E fissione ΔE 1 =E fissione Uranio Numero di massa

25 1.E+9 1.E+8 Il più robusto stato fondamentale di aggregazione della materia: lo straordinariamente ampio intervallo campo di esistenza dello stato di plasma Stella di neutroni 1.E+7 1.E+6 1.E+5 1.E+4 1.E+3 1.E+2 Gas, liquidi, solidi Plasma interstellare 1.E- 1 1.E39 1.E43

26 1.E+9 1.E+8 Il più robusto stato fondamentale di aggregazione della materia: lo straordinariamente ampio intervallo campo di esistenza dello stato di plasma Stella di neutroni 1.E+7 1.E+6 1.E+5 1.E+4 1.E+3 1.E+2 Gas, liquidi, solidi Spazio interstellare 1.E- 1 1.E39 1.E43

27 Sommario Quale tipo di macchina sperimentale si utilizza per la ricerca sull energia da fusione nucleare? Quali sono i principali problemi ancora irrisolti? Quali tipi di onde elettromagnetiche sono interessanti per la ricerca sull energia da fusione? Con quali antenne si può accoppiare potenza e generare corrente nel plasma?

28 Intrappolamento magnetico del plasma Frequenza di ciclotrone Raggio dell orbita " ce,i = eb 0 m e,i f ce 28 GHz/Tesla r L " u # = mu # $ c q B r e (cm) " 2T e 1/ 2 B #1 (ev, 10 4 Tesla) ELETTRONE! Campo Magnetico! IONE! Campo Magnetico!

29 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

30 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

31 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

32 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

33 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

34 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

35 Fusione termonucleare: Principio

36 Confinamento magnetico Campo Magnetico Toroidale! Collaborazione Frasca8- Università

37 Confinamento magnetico Campo Magnetico Toroidale! Collaborazione Frasca8- Università

38 Confinamento magnetico Campo Magnetico Toroidale! Collaborazione Frasca8- Università

39 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

40 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

41 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

42 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

43 Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

44 Il Tokamak toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica Collaborazione Frasca8- Università

45 Il Tokamak toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica Collaborazione Frasca8- Università

46 Il Tokamak toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica Collaborazione Frasca8- Università

47 Il Tokamak toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica Collaborazione Frasca8- Università

48 Il Tokamak toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica Corrente indotta dal trasformatore! Collaborazione Frasca8- Università

49 Glossario Il Tokamak Confinamento del plasma toroidalnaya kamera magnitnaya katushka = camera toroidale e spira magnetica B Campo Magnetico Poloidale! Collaborazione Frasca8- Università

50 La corrente di bootstrap si autoproduce nel plasma tokamak per frizione tra i diverse popolazioni di elekroni con orbite circolan8 e intrappolate Tali regimi sono prodo\ dai percorsi toroidali di elekroni che, con diverse velocità, akraversano regioni con diversa intensità di campo magne8co B Campo Magnetico Poloidale! - onde e correnti guidate in plasmi per la fusione termonucleare