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Tecnologia

Il progetto ITER. Un esempio positivo di collaborazione internazionale

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Trentacinque i Paesi che collaborano al progetto ITER, tra cui Cina, Unione Europea, India, Giappone, Korea, Russia e Stati Uniti, per realizzare la fusione nucleare, quella che avviene sulle stelle, molto diversa dalla fissione attualmente operante nei reattori esistenti per produrre energia.

di Antonio Virgili – vicepresidente Lidu onlus

In un contesto internazionale sempre più orientato verso prove di forza e conflitti, e con un dialogo internazionale impoverito, che nel Sud della Francia trentacinque Paesi collaborino ad un rivoluzionario progetto in tema di energia è un segnale positivo da non ignorare.  Ancora di più lo è ricordando che i trentacinque Paesi comprendono Cina, Unione Europea, India, Giappone, Korea, Russia e Stati Uniti, cioè paesi che vivono in questo periodo momenti di forte tensione e contrapposizione reciproca.  Si tratta del progetto ITER, che punta a realizzare la fusione nucleare, un traguardo tecnologico ed energetico rivoluzionario, quando raggiunto. Una sfida scientifica e tecnologica, ma oggi soprattutto politica e morale.  La fusione nucleare è quella che avviene sulle stelle, molto diversa dalla fissione, attualmente operante nei reattori esistenti pe produrre energia. Ed è anche, ricordiamolo subito, una sfida nella quale la ricerca e le competenze italiane dimostrano valori assoluti. ITER venne avviato al vertice delle superpotenze di Ginevra nel novembre 1985, quando l’idea di un progetto internazionale di collaborazione per sviluppare l’energia da fusione per scopi pacifici fu proposta dal segretario generale dell’ex Unione Sovietica Gorbaciov al presidente degli Stati Uniti Ronald Reagan.

Un anno dopo venne raggiunto un accordo: l’Unione Europea (Euratom), il Giappone, l’Unione Sovietica e gli Stati Uniti avrebbero portato avanti congiuntamente il progetto di un grande impianto di fusione internazionale, ITER. Il lavoro di progettazione concettuale iniziò nel 1988, seguito da fasi di progettazione ingegneristica sempre più dettagliate fino all’approvazione del progetto finale di ITER da parte dei membri nel 2001.  Il progetto, formalmente nato nel 2006, è denominato con l’acronimo ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ma “Iter” è volutamente inteso anche nel significato originale, latino, di “percorso” o “cammino”. Il progetto si propone di realizzare un reattore a fusione nucleare di tipo sperimentale, in grado di produrre un plasma di fusione con più potenza rispetto alla potenza elettrica richiesta a tutto l’impianto per riscaldare il plasma stesso.   La costruzione è in corso a Cadarache, nel Sud della Francia, ad opera di un consorzio internazionale composto da Unione Europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d’America, India, Corea del Sud e dovrebbe completarsi nel 2060.

ITER è un reattore sperimentale, il cui scopo è il raggiungimento di una reazione di fusione stabile, validando e, se possibile, incrementando le attuali conoscenze sulla fisica del plasma.  Il reattore nucleare a fusione è il tokamak (acronimo russo per “camera toroidale con spire magnetiche”), un reattore di forma toroidale (a ciambella) in cui un plasma (solitamente di idrogeno) ad altissima temperatura e a bassa pressione viene mantenuto coeso e lontano dalle pareti interne grazie a un campo magnetico generato da elettromagneti esterni alla camera. In opportune condizioni, è stato dimostrato che è possibile creare al suo interno le condizioni per la fusione termonucleare controllata, allo scopo di estrarre l’energia prodotta dalla fusione di nuclei di atomi leggeri.   Il tokamak dell’ITER è frutto dell’esperienza applicativa maturata con la JET (Joint European Torus), la più grande macchina europea, attiva dal 1978, che quindi è una delle macchine da fusione più vecchie tuttora in operazione.

Nel corso della costruzione e dell’esercizio di ITER saranno integrate e collaudate molte delle soluzioni tecnologiche nel campo della criogenia, della superconduttività e delle tecniche di vuoto spinto necessarie per i futuri prototipi di centrale elettrica a fusione, denominati complessivamente prototipi di tipo DEMO.   Molti sistemi di monitoraggio saranno installati all’interno di ITER per ottenere il maggior numero possibile di informazioni sul comportamento del plasma alle condizioni operative previste per la fusione nucleare.  Oltre alla grande sfida ingegneristica e gestionale rappresentata dal progetto, tra gli obiettivi di ITER vi è anche la verifica delle proprietà teoriche previste per un plasma di deuterio-trizio ad alta temperatura.

ITER non è progettato per produrre energia elettrica sfruttabile da utenze esterne, un compito che sarà assegnato alla generazione successiva di reattori, chiamati reattori DEMO. Nel corso degli anni il reattore DEMO si è moltiplicato in una serie di progetti differenti che verranno intrapresi dai singoli membri del Consorzio di ITER. Il progetto mira a un significativo progresso nella tecnologia della fusione nucleare, ottenendo per la prima volta le cosiddette condizioni di burning plasma che sono alla base di un autentico sfruttamento dell’energia da fusione.  La fusione, la stessa reazione nucleare che alimenta Sole e stelle, è una scelta promettente a lungo termine per un approvvigionamento energetico globale sostenibile e senza emissioni di carbonio.

Per sfruttare la potenza della fusione ITER è stato progettato come il passo sperimentale chiave tra le macchine di ricerca sulla fusione di oggi e le centrali elettriche a fusione di domani.  Un progetto di lungo periodo, forse tra i pochi miranti al reale progresso della scienza e quindi della nostra specie sul pianeta, che risponde alla ricerca di nuove forme di energia su larga scala, sostenibili e prive di emissioni di carbonio.  La fusione nucleare presenta molti vantaggi, anzitutto produce molta energia, infatti, la fusione degli atomi in modo controllato rilascia quasi quattro milioni di volte più energia di una reazione chimica come la combustione di carbone, petrolio o gas e quattro volte più delle reazioni di fissione nucleare (a parità di massa).

La fusione in ITER richiede due elementi: deuterio e trizio. Il deuterio può essere distillato da tutte le forme di acqua, mentre il trizio verrà prodotto durante la reazione di fusione quando i neutroni di fusione interagiscono con il litio. Le riserve terrestri di litio consentirebbero il funzionamento delle centrali a fusione per oltre 1.000 anni, mentre le riserve di litio marine, utilizzate in un reattore a fusione soddisferebbero le esigenze per milioni di anni. La sfida critica è come produrre e recuperare il trizio in modo affidabile in un dispositivo di fusione. Numerose le ulteriori qualità della fusione, a partire dall’ assenza di emissioni di CO₂, poiché la fusione non emette nell’atmosfera sostanze nocive come anidride carbonica o altri gas serra. Il suo principale sottoprodotto è l’elio: un gas inerte e non tossico. Forse ancora più importante è la assenza di rifiuti radioattivi a lunga vita, i reattori a fusione nucleare non producono rifiuti nucleari ad alta attività e a lunga vita.

Si prevede che l’attivazione dei componenti in un reattore a fusione sia sufficientemente bassa da consentire il riciclo o il riutilizzo dei materiali entro cento anni, a seconda dei materiali utilizzati nella “prima parete” rivolta verso il plasma.  La fusione non impiega materiali fissili come l’uranio e il plutonio e non ci sono materiali arricchiti che potrebbero essere sfruttati per produrre armi nucleari.  Infine, non ci sono rischi di fusione, un incidente nucleare simile a quello di Fukushima non è possibile in un dispositivo di fusione tokamak. È già abbastanza difficile raggiungere e mantenere le precise condizioni necessarie per la fusione, se si verificasse un qualsiasi imprevisto, il plasma si raffredderebbe in pochi secondi e la reazione si arresterebbe. La quantità di carburante presente nel serbatoio è sufficiente solo per pochi secondi e non vi è alcun rischio di reazione a catena.

Come si anticipava, l’Italia è molto coinvolta nella progettazione e costruzione del sistema di sospensione magnetica, tramite il Consorzio RFX, del sistema di riscaldamento tramite iniezione di fascio neutro e del condotto di scarico dell’elio. Circa il 60% dei contratti industriali per la costruzione di ITER sono stati aggiudicati da aziende italiane. Italiano anche il vertice, poiché nel maggio 2022 il francese Bernard Bigot, direttore generale di ITER dal 2015, è venuto improvvisamente a mancare. Nel settembre 2022 il consiglio direttivo di ITER ha nominato l’ingegnere italiano Pietro Barabaschi nuovo direttore generale.   L’Italia è parte attiva anche in altri progetti affini di avanguardia, quali lo SPARC, progetto di reattore a fusione di Commonwealth Fusion Systems, di cui l’italiana Eni è maggiore azionista, che sarà più compatto ed economico rispetto agli altri progetti esistenti grazie all’utilizzo di superconduttori HTS (High Temperature Superconductors).

Altro progetto italiano è il DTT (Divertor Tokamak Test facility) che dovrà effettuare esperimenti in scala in grado di cercare alternative per il divertore (una delle componenti essenziali di un reattore a fusione) in grado di integrarsi con le specifiche condizioni fisiche e le soluzioni tecnologiche previste in DEMO. Poi il progetto IGNITOR, per la realizzazione di un reattore sperimentale di piccole dimensioni e il progetto FTU (Frascati Tokamak Upgrade), che è l’unico tokamak italiano, situato nei laboratori di Frascati dell’ENEA. FTU è basato sul principio di un alto campo magnetico. Un altro simile esperimento italiano è un Reversed field pinch (RFP) non è un tokamak ma è una configurazione alternativa sviluppata a partire dagli anni Settanta: si chiama RFX ed è situato nei laboratori del CNR di Padova.  Gli studiosi italiani sono i degni continuatori di una prestigiosa tradizione nazionale della fisica che ha dato i Nobel per la fisica Fermi (1938), Segré (1959), Rubbia (1984), Giacconi (2002) e Parisi (2021).  Tanti per un Paese che finanzia poco ricerca e università e che, con ignavia, lascia andare all’estero molti giovani qualificati. Questi sono investimenti, progetti e sfide di ampio respiro, che testimoniano della possibilità di andare oltre l’ordinario e il contingente. Una iniziativa dal nome latino nata anche grazie a Michail Gorbaciov, uno dei politici del ‘900, assieme a Palme e Brandt, più proiettati verso un futuro di cooperazione internazionale e per questo poco compresi e sostenuti.

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