ITER - Cronaca di un fallimento annunciato


Fonte: ITER Organization


di Jean Pierre Petit
Ex-direttore di ricerca al CNRS
Fisico dei plasma, specialista di MHD


Pochissimi conoscono i principi di base delle macchine che, a partire da questa prima macchina ITER, si suppone debbano sfociare su generatori elettrici che utilizzano la fusione come fonte di energia.
L'immagine qui sopra rappresenta il generatore di energia termica che, dopo oltre
cinquant’anni di “Ricerca e Sviluppo”, dovrebbe essere all’origine di generatori nucleari di elettricità che utilizzano l’energia prodotta dalla fusione dei due isotopi dell’idrogeno, il deuterio e il trizio. Lo schema di questa fusione è il seguente:



Affinché tale reazione nucleare possa avere luogo, la temperatura deve raggiungere i 100 milioni di gradi, il che corrisponde a portare la velocità di agitazione termica dei nuclei di questi isotopi dell’idrogeno a circa 1000 Km/sec. Un mezzo portato a simili temperature non può essere contenuto in una parete materiale. Si è dunque pensato, sin dagli anni cinquanta, di confinare magneticamente questo plasma, che è completamente ionizzato – costituito cioè da una miscela di elettroni liberi e ioni di idrogeno – tramite un campo magnetico.
La “bottiglia magnetica” contente il suddetto plasma è stata immaginata nel 1950 dal russo Andrei Sacharov, e viene chiamata “tokamak”. Questa è una macchina costituita da una camera a forma toroidale che viene riempita con una miscela di deuterio e trizio, a bassa pressione. Il deuterio è inoffensivo, e si trova in natura in quantità illimitata, nell’acqua. Il trizio è radiotossico e si scompone in radiazioni beta in un lasso di tempo di 12,3 anni. Le quantità di questa sostanza create nell'alta atmosfera dai raggi cosmici che agiscono sui nuclei di azoto sono così infime da poter dire che "non esiste allo stato naturale": la quantità totale di trizio presente sulla Terra, e formata in questo modo, è
stimata a 3,6 chili.
Nel 1997 gli inglesi sono riusciti a produrre energia tramite fusione, durante un minuto secondo, grazie a questo tipo di reazione nella macchina JET (Joint European Torus).


La macchina inglese JET. L'omino in basso a sinistra dà un’idea delle dimensioni


Si distinguono otto gigantesche travi d’acciaio che contengono la macchina. Come mai hanno sezioni così enormi? Perché il campo magnetico creato dalla macchina, che è di 3,85 Teslas, genera forze talmente considerevoli, che tenderebbero a far esplodere i solenoidi che le producono se questi non fossero più che solidamente trattenuti. Vedremo più in là come funzionano questi tipi di macchine. Il campo magnetico di JET è fornito da solenoidi non superconduttori, perciò esso non può essere mantenuto in azione per di più di qualche decina di secondi, a causa dell’emanazione di calore dovuta all’effetto Joule.
I francesi hanno costruito una macchina simile, in cui il campo magnetico raggiunge gli stessi valori ma può essere mantenuto senza limiti di tempo perché fornito da solenoidi superconduttori. A questo fine è sufficiente raffreddarli a bassissime temperature con elio liquido. Come JET, questa macchina chiamata Tora-Supra deve essere solidamente trattenuta con un possente sistema di travi d’acciaio. L’aspetto generale di Tore-Supra è simile a quello di JET, in più piccolo. Ne troveremo più avanti una riproduzione.

Dalla fissione alla fusione
Prima di sviluppare il tema della produzione di energia tramite fusione, è interessante presentare alcune immagini per rendere l’idea dell’abisso di complessità che separa la tecnologia della fissione da quella della fusione detta “controllata”. Prima della seconda Guerra Mondiale alcuni scienziati scoprirono la possibilità di realizzare una reazione a catena a partire da atomi come quello dell’uranio 235. In seguito si avverò possibile realizzare la stessa operazione anche col plutonio 239 (per costruire bombe, naturalmente) che non esisteva in natura, la sua durata di vita essendo troppo corta: solo 24.000 anni, paragonati ai 4,5 miliardi di anni dell’uranio 235.
Nel 1942 l’italiano Enrico Fermi fece dunque costruire il primo reattore nucleare sotto i gradini dello stadio dell’Università di Chicago, nei locali dove recedentemente veniva praticato lo squash. Il montaggio era molto semplice. Era sufficiente sistemare delle barre contenenti uranio in una massa costituita da blocchi di grafite, che servivano a moderare, a rallentare i neutroni. In effetti, rallentando i neutroni emessi durante le reazioni di fissione, si accresceva la possibilità di provocare ulteriori fissioni negli atomi di uranio 235 adiacenti.
La presentazione di questa tecnologia e scienza nucleare si trova sul sito di “Savoir sans Frontières” (www.savoir-sans-frontieres.com/) nel libro a fumetti intitolato “A tutta energia !”.
Come spiegato in questo album, un reattore nucleare viene completato da barre di
cadmio, che assorbe i neutroni e permette così di controllare il ritmo delle fissioni, e in ultima analisi di arrestarle. Qui sotto le barre di controllo del primo reattore costruito da Fermi:


Il primo reattore nucleare, costruito a Chicago da Fermi nel 1942.



Controllo del reattore con barre di cadmio


Costruendo queste “pile atomiche”, come venivano chiamate all’epoca, gli scienziati non cercavano di produrre energia, sotto forma di calore, bensì cercavano di produrre plutonio bombardando l’uranio 238 con neutroni, sempre allo scopo di costruire bombe. Vedere a questo proposito l’album citato sopra.
Questo primo reattore non necessitava di un sistema di raffreddamento, dal momento che produceva solo 240 watt di calore. Tuttavia, tutti i fenomeni legati a questa tecnologia erano all’epoca sufficientemente compresi e padroneggiati da poter passare, nel sito di Hanfort, ad un nuovo reattore che sviluppava un milione di volte più energia. I 240 megawatt termici prodotti venivano questa volta evacuati da una circolazione d’acqua riversata poi nel fiume Colombia.
Soltanto molto più tardi si pensò ad utilizzare i reattori nucleari per produrre calore, trasformato poi in elettricità grazie all’insieme “turbina a vapore + alternatore”. E da quel che abbiamo visto, se fosse stato questo il primo scopo ricercato, alcuni mesi sarebbero bastati per arrivare a concepire una centrale che producesse centinaia di megawatt di elettricità. La fusione è infinitamente più complessa e problematica. In effetti, è dovuto passare mezzo secolo prima che un reattore, il JET inglese, producesse energia durante un secondo.

Come funziona un tokamak?
Nella camera toroidale viene introdotta la miscela di fusione, a bassa pressione. Grazie a un primo insieme di bobine viene quindi creato un campo magnetico detto “toroidale”. In un reattore a scopo industriale tali bobine sarebbero costituite da elementi superconduttori.


In rosso le bobine superconduttrici
in blu le linee del campo magnetico “toroidale”


Il contenuto della camera toroidale viene poi ionizzato con l’aiuto di iperfrequenze. E per finire, viene creata una corrente di plasma, per induzione, aumentando il campo magnetico generato da un solenoide disposto secondo l’asse della macchina:



Il plasma è indicato in rosso. La corrente di plasma crea il proprio campo magnetico, che interagisce con quello creato dalle bobine formando delle linee di campo disposte a spirale. Leggi tutto ...


da Richard mar 24 apr 2012, 18:44 Stampa veloce crea pdf di questa news




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