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 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

I centri europei di ricerca sull energia da fusione nucleare

Frascati Tokamak Upgrade (FTU)

Joint European Torus (JET) Collaborazione Frasca8- Università

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 5.000.000 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

Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv per produrre 5.000.000 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

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

Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv 22.500.000 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

Fonti energetiche primarie, materia necessaria e forze fondamentali coinvolte Processo fisico Irraggiamento solare Ciclo delle acque Combus8one Fissione nucleare Vv vv 22.500.000 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: 230.000.000 kw h 1 kg di Deuterio (da 30 m 3 d acqua) Interazione nucleare forte

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

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?

Cosa serve per produrre energia? ENERGIA

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

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

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

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

Cosa vuol dire energia?

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

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

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

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) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Elio 4 Deuterio ΔE 1 =E fissione Uranio 235 0 1 100 200 Numero di massa

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) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Elio 4 La vera energia nucleare è quella di fusione ΔE 2 =E fusione Deuterio E fusione >> E fissione ΔE 1 =E fissione Uranio 235 0 1 100 200 Numero di massa

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

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

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?

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!

Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

Fusione termonucleare: Principio

Confinamento magnetico Campo Magnetico Toroidale! Collaborazione Frasca8- Università

Confinamento magnetico Collaborazione Frasca8- Università

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

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

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

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