ITER MAG 8
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-Robert Arnoux
per produrre energia dalla fusione di atomi leggeri, natura, offre una dozzina di combinazioni possibili. Solo uno è accessibile allo stato attuale della tecnologia: la fusione degli isotopi dell’idrogeno(1) deuterio e trizio.,
Ma ecco la sfida. Mentre il deuterio può essere facilmente estratto dall’acqua di mare, che contiene 33 milligrammi per metro cubo, il trizio è molto più difficile da reperire.
In natura, il trizio si trova solo in tracce. L’effetto dei raggi cosmici sugli strati più esterni dell’atmosfera terrestre produce da un paio di grammi a un paio di chilogrammi ogni anno (le stime variano). Alcune decine di chilogrammi sono anche disciolti negli oceani a seguito di test nucleari atmosferici effettuati tra il 1945 e il 1980.,
Piccole quantità di trizio sono prodotte anche da reattori nucleari di tipo CANDU-dell’ordine di 100 grammi all’anno per un reattore da 600 MW, o circa 20 chilogrammi all’anno a livello globale. Questo stock, oggi inutilizzato, sarà sufficiente ad alimentare ITER per i quindici anni della sua campagna deuterio-trizio.
A più lungo termine, tuttavia, sarà necessario sviluppare soluzioni per la produzione su larga scala di trizio. Si stima che ogni reattore a fusione richiederà nell’ordine di 100 a 200 chilogrammi all’anno.,
La natura, come se anticipasse il problema, offre una soluzione che combina eleganza ed efficienza—la reazione di fusione stessa può produrre il trizio che a sua volta alimenterà la reazione. Inoltre, il processo avviene all’interno del recipiente sottovuoto in un ciclo continuo e chiuso.
Quando un nucleo di deuterio si fonde con un nucleo di trizio all’interno del plasma di fusione, protoni e neutroni vengono ricombinati in un atomo di elio e un neutrone. La carica elettrica dell’atomo di elio lo fa rimanere intrappolato all’interno della gabbia magnetica che delimita il plasma., Il neutrone, d’altra parte, sfugge ad alta velocità e colpisce le pareti del recipiente sotto vuoto, riscaldando l’acqua che circola sotto pressione e avviando un processo che—nei futuri reattori—creerà elettricità.
Il neutrone può servire ad un altro scopo, comunque., Quando colpisce un atomo di litio-6(2) interrompe i suoi elementi costitutivi (3 protoni e 4 neutroni) e li riorganizza in un atomo di elio (2 protoni, 2 neutroni) e un atomo di trizio (1 protone, 2 neutroni) liberando allo stesso tempo energia.
Dal punto di vista della fisica, quindi, il problema è risolto: il trizio può essere prodotto all’interno del tokamak se il litio è incluso nelle pareti della nave., Ora si tratta di sviluppare le soluzioni tecnologiche che permetteranno a scienziati e ingegneri di tradurre i principi della fisica in un ciclo produttivo di “autosufficienza del trizio” nei reattori a fusione di domani.
Luciano Giancarli si interessa alla questione da quasi 30 anni. A ITER, dirige la sezione che si occupa dell’implementazione del programma Test Blanket Module (TBM)—moduli sperimentali blanket contenenti litio che saranno montati all’interno del recipiente a vuoto ITER per testare i concetti di allevamento del trizio., “La prima sfida è il rapporto tra i neutroni generati dalla reazione di fusione e gli atomi di trizio effettivamente prodotti”, spiega. “Affinché il sistema funzioni, il rapporto deve essere superiore a 1, il che significa che—tra il neutrone e il suo bersaglio al litio—avremo bisogno di un “moltiplicatore di neutroni” come il piombo o il berillio.(3) “
I membri di ITER hanno sviluppato una serie di concetti che saranno testati in condizioni di scala del reattore in ITER., Sebbene i moduli TBM siano tutti basati sullo stesso principio (la reazione tra il neutrone e il litio-6), ognuno è unico nella sua architettura, nei suoi materiali strutturali, nel suo sistema di raffreddamento, nella forma del suo litio (solido o liquido) e nel modo in cui verrà estratto il trizio.
All’interno del Tokamak ITER sono stati riservati sei spazi per i moduli di allevamento. L’Europa sta progettando due sistemi TBM; Cina, India, Giappone e Corea sono responsabili degli altri quattro., (Per quanto riguarda gli Stati Uniti e la Russia, stanno partecipando al programma fornendo dati importanti per la realizzazione dei sistemi.)
Anche se i risultati degli esperimenti di allevamento del trizio saranno aperti a tutti i membri, ogni fornitore manterrà segreti i dettagli di produzione a causa dell’elevata posta in gioco commerciale legata alla produzione di trizio.,
“Si stima che, in condizioni operative ITER, la capacità produttiva massima di ciascuno dei moduli di prova sarà dell’ordine di 20 milligrammi al giorno. In un tokamak commerciale, questa produzione sarà alla pari con la potenza della macchina—dell’ordine di 150 grammi al giorno e per gigawatt”, afferma Luciano.
La fase di progettazione concettuale per ciascuno dei sistemi TBM è terminata. Proprio come gli altri elementi della macchina ITER, questi concetti di trizio-allevamento saranno sezionati, analizzati e rivisti da un comitato speciale prima dell’approvazione formale., Le attività di fabbricazione dovrebbero iniziare nel 2020.
Per raggiungere gli obiettivi ITER e quelli, in senso più ampio, per il futuro della fusione, i sei moduli TBM giocheranno un ruolo fondamentale. Dimostrando la loro capacità di trasformare un elemento comune come il piombo sulla Terra (il litio) nel più raro e prezioso trizio, apriranno la strada allo sfruttamento industriale e commerciale dell’energia da fusione.
1 – La maggior parte degli elementi della tavola periodica esistono in diverse forme chiamate isotopi. Gli isotopi per uno stesso elemento differiscono nella composizione del loro nucleo atomico., In una reazione chimica agiscono in modo identico; in una reazione nucleare, gli isotopi possono agire in modi molto diversi.
Il 2-Litio-6 è un isotopo stabile del litio presente nel litio naturale al livello del 7,5%.
3 – Quando un neutrone colpisce un atomo di piombo o berillio, la sua struttura atomica è disturbata. Dopo aver assorbito il neutrone, l’atomo interrotto espelle due neutroni-questo aumenta il numero di neutroni disponibili per generare, in una seconda fase, il trizio dal litio-6 contenuto nei moduli.
