Cos’è ITER?

ITER (“La Via” in latino) è uno dei progetti energetici più ambiziosi del mondo attuale.

Nel sud della Francia, 35 nazioni* stanno collaborando per costruire il più grande tokamak del mondo, un dispositivo di fusione magnetica che è stato progettato per dimostrare la fattibilità della fusione come fonte di energia su larga scala e senza carbonio, basata sullo stesso principio che alimenta il nostro Sole e le stelle. I membri di ITER – Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti – sono ora impegnati in una collaborazione di 35 anni per costruire e far funzionare il dispositivo sperimentale ITER, e insieme portare la fusione al punto in cui può essere progettato un reattore a fusione dimostrativo.

ITER sarà il primo dispositivo di fusione a produrre energia netta. ITER sarà il primo dispositivo di fusione a mantenere la fusione per lunghi periodi di tempo. E ITER sarà il primo dispositivo a fusione a testare le tecnologie integrate, i materiali e i regimi fisici necessari per la produzione commerciale di elettricità basata sulla fusione.

COSA FARÀ ITER?

1) Produrre 500 MW di potenza di fusione
Il record mondiale di potenza di fusione è detenuto dal tokamak europeo JET. Nel 1997, JET ha prodotto 16 MW di potenza di fusione da una potenza totale di riscaldamento in ingresso di 24 MW (Q=0,67). ITER è progettato per produrre un ritorno di energia di dieci volte (Q=10), o 500 MW di potenza di fusione da 50 MW di potenza di riscaldamento in ingresso. ITER non catturerà l’energia che produce come elettricità, ma – essendo il primo di tutti gli esperimenti di fusione nella storia a produrre un guadagno netto di energia – preparerà la strada alla macchina che potrà farlo.

2) Ottenere un plasma di deuterio-trizio in cui la reazione è sostenuta dal riscaldamento interno
La ricerca sulla fusione oggi è alle soglie dell’esplorazione di un “plasma che brucia” – uno in cui il calore della reazione di fusione è confinato all’interno del plasma in modo abbastanza efficiente da sostenere la reazione per una lunga durata. Gli scienziati sono sicuri che i plasmi in ITER non solo produrranno molta più energia di fusione, ma rimarranno stabili per periodi di tempo più lunghi.

3) Testare la riproduzione del trizio
Una delle missioni per le fasi successive del funzionamento di ITER è quella di dimostrare la fattibilità della produzione di trizio all’interno del contenitore a vuoto. La fornitura mondiale di trizio (usato con il deuterio per alimentare la reazione di fusione) non è sufficiente a coprire i bisogni delle future centrali elettriche. ITER fornirà un’opportunità unica di testare dei modelli di coperte per la produzione di trizio all’interno del contenitore in un ambiente di fusione reale.

CHE COS’È LA FUSIONE?

La fusione è la fonte di energia del Sole e delle stelle. Nell’enorme calore e gravità al centro di questi corpi stellari, i nuclei di idrogeno si scontrano, si fondono in atomi di elio più pesanti e rilasciano enormi quantità di energia nel processo.

La scienza della fusione del ventesimo secolo ha identificato la reazione di fusione più efficiente in laboratorio nella reazione tra due isotopi di idrogeno, il deuterio (D) e il trizio (T). La reazione di fusione DT produce il più alto guadagno di energia alle temperature più “basse”.

Tre condizioni devono essere soddisfatte per ottenere la fusione in un laboratorio: una temperatura molto alta (dell’ordine di 150.000.000° Celsius); una densità sufficiente di particelle di plasma (per aumentare la probabilità che si verifichino delle collisioni); e un tempo di confinamento sufficiente (per mantenere il plasma, che ha una propensione ad espandersi, all’interno di un volume definito).

A temperature estreme, gli elettroni sono separati dai nuclei e un gas diventa un plasma, spesso indicato come il quarto stato della materia. I plasmi di fusione forniscono l’ambiente in cui gli elementi leggeri possono fondersi e produrre energia.

In un dispositivo tokamak, potenti campi magnetici sono usati per confinare e controllare il plasma.

COS’È UN TOKAMAK?

Visualizzazione per gentile concessione di Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility

Le centrali elettriche oggi si basano o sui combustibili fossili, sulla fissione nucleare o su fonti rinnovabili come il vento o l’acqua. Qualunque sia la fonte di energia, le centrali generano elettricità convertendo la potenza meccanica, come la rotazione di una turbina, in energia elettrica. In una centrale a vapore alimentata a carbone, la combustione del carbone trasforma l’acqua in vapore e il vapore a sua volta aziona i generatori a turbina per produrre elettricità.

Il tokamak è una macchina sperimentale progettata per sfruttare l’energia della fusione. All’interno di un tokamak, l’energia prodotta attraverso la fusione degli atomi viene assorbita come calore nelle pareti del contenitore. Proprio come una centrale elettrica convenzionale, una centrale a fusione userà questo calore per produrre vapore e poi elettricità per mezzo di turbine e generatori.

Il cuore di un tokamak è la sua camera a vuoto a forma di ciambella. All’interno, sotto l’influenza di calore e pressione estremi, l’idrogeno gassoso si trasforma in un plasma – il vero ambiente in cui gli atomi di idrogeno possono essere portati a fondersi e produrre energia. Le particelle cariche del plasma possono essere modellate e controllate dalle massicce bobine magnetiche poste intorno al recipiente; i fisici usano questa importante proprietà per confinare il plasma caldo lontano dalle pareti del recipiente. Il termine “tokamak” ci viene da un acronimo russo che sta per “camera toroidale con bobine magnetiche”.

Sviluppato per la prima volta dalla ricerca sovietica alla fine degli anni ’60, il tokamak è stato adottato in tutto il mondo come la configurazione più promettente del dispositivo di fusione magnetica. ITER sarà il più grande tokamak del mondo, due volte più grande della più grande macchina attualmente in funzione, con un volume della camera di plasma dieci volte superiore.

QUANDO INIZIERANNO GLI ESPERIMENTI?

Il primo plasma di ITER è previsto per il dicembre 2025.

Sarà la prima volta che la macchina verrà accesa e il primo atto del programma operativo pluridecennale di ITER. 

Timeline di ITER

Dic 2025                    Primo plasma

2025-2035                 Ramp-up progressivo della macchina

2035                           Inizia l’operazione deuterio-trizio

Ti invitiamo a esplorare il sito web di ITER per ulteriori informazioni sulla scienza di ITER, la collaborazione internazionale di ITER e il progetto di costruzione su larga scala che è in corso a Saint Paul-lez-Durance, nel sud della Francia.

STS fornisce sensori di pressione ad alta precisione per questa applicazione specifica.