Il Consorzio RFX di Padova in prima linea nella realizzazione di ITER, il primo reattore sperimentale a fusione

 

Il Consorzio RFX di Padova in prima linea nella realizzazione di ITER, il primo reattore sperimentale a fusione nucleare

 PADOVA “ACCENDERÀ” IL NUCLEARE PULITO

L’obiettivo: mantenere a lungo la temperatura pari a 10 volte quella del sole, per consentire la reazione nucleare

 

Si chiama “Consorzio RFX” e più che per i suoi soci (per la cronaca: CNR, ENEA, INFN, Università di Padova e Acciaierie Venete Spa) colpisce per l’acronimo RFX: Reversed Field eXperiment, esperimento a campo rovescio. Colpisce perché il Consorzio RFX non ha invertito solo il campo (magnetico) durante i propri esperimenti, ma il corrente modo di generare energia nucleare: invece di produrre energia spaccando i nuclei atomici (fissione atomica), la vuol produrre incollandoli fra loro (fusione atomica).

L’”accendino” del nucleare pulito nel Consorzio RFX

Il Consorzio RFX si trova all’interno dell’Area di Ricerca del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Padova, e ospita l’impianto per la messa a punto del componente più importante del Progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) il cui obiettivo è quello di giungere alla prima centrale nucleare pulita.

Ciò che si vuole ottenere con queste reazioni di fusione nucleare è (ma è meglio dire sarà) la produzione di un’energia talmente grande da risolvere una volta per tutte i problemi energetici mondiali, in modo tale da non produrre gas serra, da avere combustibile per millenni, e trovarsi in sicurezza in termini ambientali eliminando i ben conosciuti rischi che del’attuale nucleare. La conseguenza sarà il pressoché totale azzeramento dei problemi.

Il Progetto Iter: 10 volte la temperatura del Sole. Ma non basta raggiungerla, bisogna manterla

L’”accendino” di RFX è uno dei componente più importanti di Iter. Iter è il primo reattore sperimentale a fusione ed è stato realizzato grazie alla collaborazione internazionale che vede l’Europa capofila assieme a Giappone, USA, Russia, Cina, India e Corea del Sud. L’impianto si trova a Cadarache, in Francia, e si spera non debba costare più di 20 miliardi di euro.

Cifre da brividi, ma anche da grandi opportunità. Specie se si pensa che in questa vicenda l’Italia sta giocando se non la parte del leone un ruolo importantissimo, svolto grazie ai centri di ricerca di Frascati e Padova, alle centinaia di industrie italiane coinvolte nelle realizzazioni, e alle principali università del Paese. E Padova è uno dei centri più importanti per lo sviluppo del progetto Iter, visto che proprio al Consorzio RFX, unico laboratorio al mondo ad operare direttamente in collaborazione con ITER, si è assegnato il compito di sviluppare il sistema di riscaldamento del plasma. Per produrre la fusione degli atomi si dovranno raggiungere, ma soprattutto mantenere a lungo, temperature dell’ordine di 150 milioni di gradi centigradi, 10 volte la temperatura del Sole, per mantenere nel reattore le condizioni per sostenere spontaneamente e con continuità le reazioni di fusione.

A quanto pare, i 100 milioni di gradi raggiunti recentemente in Cina, Paese che collabora al Progetto Iter, sono un successo e una condizione necessaria, ma la manciata di secondi con cui la temperatura si è mantenuta, non sonoè sufficiente.

La sfida: decisivo il 2032

La data ultima sarà il 2032. In quella data sapremo se quanto progettato e richiesto è stato raggiunto mantenere quindi la speranza che l’energia da fusione possa essere prodotta industrialmente sulla Terra. In alternativa non ci resterà che alzare gli occhi al cielo, per la precisione al Sole, la cui luce e calore si debbono proprio agli stessi meccanismi che Iter vuole riprodurre.

Ma qui non siamo nel Sole, e riprodurlo a Cadarache non è così semplice. Per il momento si stanno solo investendo risorse e si confida nella capacità della scienza di dare risposte alle urgenti necessità energetiche in modo compatibile con l’ambiente. Perché il petrolio ha l’inconveniente di produrre l’effetto serra, l’uranio è un combustibile presente in quantità ridotta, e le fonti alternative generano ancora a livello insufficiente. E se Iter fallirà… beh, un pochino di imbarazzo trapela.

Non trapela invece dall’ing. Roberto Piovan, responsabile per gli Sviluppi d’Ingegneria del Consorzio RFX, di cui è stato direttore dal 2010 al 2017. Nessun tentennamento durante un intero pomeriggio trascorso a parlare di fusione, esaminando dati, numeri, tabelle aperte su libri di fisica nucleare tolti dagli scaffali, con l’aplomb di chi la fusione nucleare ha passato la vita a studiarla. Ci dice che non esistono ad oggi ostacoli tali da costituire soglie scientificamente e tecnologicamente insuperabili, ma sfide assolutamente da affrontare. Poi gioca d’anticipo: “E non mi chiede quanto tempo ci vorrà per avere la prima centrale?” Certo che lo vogliamo sapere! “Quello è determinato dagli investimenti e dalle risorse che si decideranno di mettere a disposizione”. (Vero: se Enrico Fermi e il suo gruppo ci misero solo 17 anni a passare dalla fase sperimentale – 1934 – alla prima centrale a fissione – 1951 – lo si dovette all’accelerazione impressa dalla Seconda guerra mondiale.) “Piuttosto, è necessario che si sappia che sul piano tecnologico e scientifico l’Italia partecipa con vere e proprie eccellenze.”

Un’eccellenza di ITER: il connubio veneto aziende – enti di ricerca

“Prenda il Veneto” continua Piovan”, solo qui abbiamo un capitale di ricerca impressionante. Parlo dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare presente con i propri laboratori a Legnaro e con la sezione al Dipartimento di Fisica, del Consorzio RFX, dell’Università di Padova, e come se non bastasse vi è un potenziale elevatissimo di collaborazione con le aziende. Pensi che circa l’80% delle commesse per la realizzazione di componenti e sistemi dell’iniettore in costruzione a Padova è realizzato da aziende italiane. E non si pensi a corsie preferenziali: i bandi competitivi per le commesse sono a livello europeo e gestiti da un’agenzia pure europea. Non siamo noi a decidere i vincitori.” Insomma, i risultati vanno a Cadarache, il know how resta qui. E si tratta di superconduttori, di nuovi materiali adatti a resistere a elevatissimi flussi termici, di tecniche innovative per il trattamento delle superfici. Ma sono solo pochissimi esempi.

Il caso MIAIVO: l’embrione del Distretto Veneto del Nucleare

Un caso emblematico di felice connubio industria-ricerca promosso dal Consorzio RFX è il progetto regionale MIAIVO. Di necessità virtù: nel 2016 l’esperimento RFX per lo studio dei plasmi confinati magneticamente analogo a Iter ma di dimensioni molto più ridotte, viene riprogettato in vista di modifiche sostanziali, ma il Consorzio non dispone di risorse economiche adeguate. I ricercatori non si scoraggiano, e abbandonano la fisica per darsi all’economia.

Colgono l’occasione dei fondi POR-Fesr europei, gestiti dalla Regione del Veneto, e cercano aziende interessate a formare una joint venture per particolari lavorazioni industriali legate alle modifiche RFX. Le trovano nel vicentino: Ettore Zanon Spa, Alca Technology Srl, Sisma Spa, coordinate dal Centro Produttività Veneto e avviano il Progetto MIAIVO.

“Non è facile” ma, ci pare… il più è fatto

E se dove ora sorgono tutte le apparecchiature del Consorzio RFX quattro anni fa c’era l’erba, c’è da crederci. Anche perché si è trattato, nella sola Padova, di un investimento da 200 milioni di euro ottenuti grazie alla pazienza dell’ing. Piovan e dei suoi collaboratori. Per racimolarli hanno nuovamente abbandonato la ricerca sulla fusione nucleare per dedicarsi a trattative europee e a relazioni pubbliche internazionali, assicurando una partecipazione significativa dell’Italia che a fronte di un proprio impegno per 25 milioni di Euro ha visto ritorni di apparecchiature scientifiche provenienti dall’estero per un investimento complessivo pari a 200 milioni di euro.

“Non è stato facile” ci dice l’ing. Piovan, e gli crediamo, ma se all’RFX sono stati in grado di giungere a tanto, ci vien da dire che… il più è fatto.

Pietro Casetta

 

PER SAPERNE DI PIÙ

 

Cosa fa il Consorzio RFX

Sta realizzando il prototipo di acceleratore di particelle che “sparerà” un fascio di atomi neutri all’interno di una ciambella ripiena di plasma, per attivare una reazione controllata di fusione nucleare. Il plasma è una miscela imponderabile formata solo da nuclei atomici ed elettroni confinata all’interno di un potente campo magnetico. Facile a dirsi, difficile da capire, estremamente complesso (ma non impossibile) da fare.

SPIDER e MITICA

SPIDER, recentemente inaugurato al Consorzio RFX, è la sorgente di ioni più potente al mondo. Si tratta del primo esperimento ospitato dal Consorzio RFX e servirà a produrre ioni negativi e a ottimizzare il fascio di particelle accelerato con una tensione di 100 KV.

Il secondo esperimento, MITICA, sarà l’iniettore completo di ITER in scala reale, dove una sorgente analoga a SPIDER, ma assi più potente, produrrà e accelererà un fascio di particelle, poi neutralizzate, a un milione di volt erogando una potenza di 16,5 MegaWatt: questi sono i parametri richiesti dal reattore ITER per arrivare alla temperatura di 150 milioni di gradi.

Il fascio di atomi raggiungerà il plasma, e “accenderà” Iter.

Per capire il ruolo dell’Italia, e quello di Padova in particolare, basti dire che senza il successo degli studi in corso a Padova, Iter non potrà raggiungere le prestazioni richieste, semplificando al massimo: no Mitica, no Iter.

Cos’è la fusione nucleare

Cosa sia la fusione nucleare non è proprio facile da spiegare e da capire, specie se non si ha una minima cultura scientifica e non si dispone di un pomeriggio a disposizione con l’ing. Piovan. Proviamoci.

Abbiamo detto che la fusione (ITER) è in tutto e per tutto il “contrario” della fissione (nucleare tradizionale). Infatti qualunque centrale nucleare tradizionale si basa sulla rottura dei nuclei atomici mentre ITER e il Consorzio RFX si occupano di “incollarli” fra loro.

Di conseguenza, invece di lavorare con gli elementi più pesanti (e pericolosi) della Tavola Periodica come si fa nella ricerca nucleare sulla fissione (quindi dall’uranio in su), per la fusione si lavora con gli elementi più leggeri e non pericolosi (cioè dal litio in giù sino all’idrogeno). Invece di ottenere (con la fissione) ceneri radioattive praticamente eterne a causa della presenza di elementi chiamati “attinidi minori”, con la fusione si otterrà l’attivazione di qualche tonnellata di acciaio la cui radioattività ha tempi molto brevi di decadimento. Ovvero sparirà dopo 200-300 anni (ce ne vogliono mediamente 1000 per degradare un rifiuto in plastica).

Naturalmente per realizzare una centrale a fusione non mancano le controindicazioni. Il primo riguarda la sostanziale maggiore semplicità di una centrale nucleare tradizionale rispetto a una a fusione. Se non fosse per i complicatissimi apparati di sicurezza, descriverne il funzionamento sarebbe molto facile. Al contrario nelle future centrali a fusione la tecnologia avrà una complessità tale da scoraggiare il più intraprendente dei divulgatori. Basti pensare che per produrre la prima reazione di fissione ad Enrico Fermi bastò il sottoscala della sua università, per ottenere lo stesso risultato con la fusione è stato necessario approntare un impianto di grandi dimensioni: il JET, Joint European Torus, ancora in funzione in Inghilterra.

Come in una grande maratona dove tutti insieme corrono verso un unico obiettivo, così laboratori e centri di ricerca in tutto il mondo corrono da decenni verso la produzione di energia da fusione. È una corsa lunga, ma decisa, che vede tappe e scadenze per ogni sfida tecnologica raggiunta.

Un esempio di eccellenza aziendale: Coelme Costruzioni Elettromeccaniche

Coelme ha realizzato un “contenitore” elettricamente isolato (gabbia di Faraday) delle dimensioni circa pari a quelle di una bifamigliare (per la precisione 13 per 11 per 5 metri) dove sono stati alloggiati trasformatori, quadri elettrici, sistemi di comando e controllo e una linea di trasmissione elettrica. Cose banali, se non fosse che le specifiche imposte (100.000 volt, e spazi disponibili molto limitati per garantire l’isolamento) erano quantomeno proibitivi.

“Coelme è specializzata nella progettazione e costruzione di sezionatori e apparecchiature di interruzione (switching devices) di media, alta ed altissima tensione” ci dice l’ing. Giovanni Faoro, Project Manager COELME. “Abbiamo il know-how per la progettazione e la costruzione di condotti sbarra per la trasmissione elettrica di potenza ad elevate correnti, nonché per costruzioni elettromeccaniche in genere, competenza che ci ha permesso di partecipare alla gara.” Traduzione: “Noi siamo specializzati nella realizzazione di apparecchiature per il sezionamento di linee elettriche, una sorta di ‘megainterruttori’ impiegati per la trasmissione e la distribuzione dell’energia elettrica ad alte tensioni, ma sappiamo fare anche conduttori blindati e schermati la cui struttura si avvicina alla linea di trasmissione realizzata per RFX, anche se questa è talmente complessa da renderla completamente diversa. Insomma, una sfida.” Vinta, va detto.