Fusione nucleare: superato il primo test di fattibilità del progetto CFS

Raggiunto un traguardo fondamentale nella ricerca sulla fusione a confinamento magnetico per una fonte di energia sicura, sostenibile e inesauribile. 

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Il test sul magnete in condizioni di superconduttività.

Eni annuncia che CFS (Commonwealth Fusion Systems), società spin-off del Massachusetts Institute of Technology di cui Eni è il maggiore azionista, ha condotto con successo il primo test al mondo del magnete con tecnologia superconduttiva HTS (High Temperature Superconductors) che assicurerà il confinamento del plasma nel processo di fusione nucleare magnetica.

La fusione nucleare a confinamento magnetico, tecnologia mai sperimentata e applicata a livello industriale finora, è una fonte energetica sicura, sostenibile e inesauribile che riproduce i principi tramite i quali il Sole genera la propria energia, garantendone una enorme quantità a zero emissioni e rappresentando una svolta nel percorso di decarbonizzazione.

La tecnologia oggetto del test è di particolare rilevanza nel quadro della ricerca sulla fusione a confinamento magnetico poiché rappresenta un passo importante per creare le condizioni di fusione controllata, e questo rende possibile il suo impiego in futuri impianti dimostrativi. Studiare, progettare e realizzare macchine in grado di gestire reazioni fisiche simili a quelle che avvengono nel cuore delle stelle è il traguardo tecnologico a cui tendono le più grandi eccellenze mondiali nella ricerca in ambito energetico.

«Lo sviluppo di tecnologie innovative è uno dei pilastri su cui poggia la strategia di Eni volta al completo abbattimento delle emissioni di processi industriali e prodotti, nonché la chiave per una transizione energetica equa e di successo – ha detto l’amministratore delegato di Eni, Claudio Descalzi -. Per Eni, la fusione a confinamento magnetico occupa un ruolo centrale nella ricerca tecnologica finalizzata al percorso di decarbonizzazione, in quanto potrà consentire all’umanità di disporre di grandi quantità di energia prodotta in modo sicuro, pulito e virtualmente inesauribile e senza alcuna emissione di gas serra, cambiando per sempre il paradigma della generazione di energia e contribuendo a una svolta epocale nella direzione del progresso umano e della qualità della vita. Il risultato straordinario ottenuto durante il test dimostra ancora una volta l’importanza strategica delle nostre partnership di ricerca nel settore energetico e consolida il nostro contributo allo sviluppo di tecnologie “game changer”».

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I lavori di assemblaggio del magnete superconduttore.

Eniimpegnata da tempo in questo ambito di ricerca e nel 2018 ha acquisito una quota del capitale di CFS investendo 50 milioni di euro per sviluppare il primo impianto che produrrà energia grazie alla fusione. Contestualmente, l’azienda ha sottoscritto un accordo con il Plasma Science and Fusion Center del Massachusetts Institute of Technology (MIT), per svolgere congiuntamente programmi di ricerca sulla fisica del plasma, sulle tecnologie dei reattori a fusione, e sulle tecnologie degli elettromagneti di nuova generazione.

Il test ha riguardato proprio l’utilizzo di tali elettromagneti di nuova generazione per gestire e confinare il plasma, ovvero la miscela di deuterio e trizio portata a temperature altissime da fasci di onde elettromagnetiche, e ha dimostrato la possibilità di assicurare l’innesco e il controllo del processo di fusione, dimostrando l’elevata stabilità di tutti i parametri fondamentali.

La tecnologia di fusione nucleare a confinamento magnetico oggetto del test potrebbe contribuire significativamente alla realizzazione di impianti molto più compatti, semplici ed efficienti di quello in via di realizzazione a Cadrache in Francia nell’ambito del progetto sperimentale internazionaleIter”. Ciò contribuirà a una forte riduzione dei costi di impianto, dell’energia di innesco e mantenimento del processo di fusione nucleare e della complessità generale dei sistemi, avvicinando in tal modo la data alla quale sarà possibile costruire un impianto dimostrativo che produca più energia di quella necessaria ad innescare il processo di fusione stesso (impianto a produzione netta di energia) e consentendo, successivamente, la realizzazione di centrali che possano più facilmente essere distribuite sul territorio e connesse alla rete elettrica senza dover realizzare infrastrutture di generazione e trasporto dedicate.

Sulla base dei risultati del test, CFS conferma la propria “roadmap”, che prevede la costruzione entro il 2025 del primo impianto sperimentale a produzione netta di energia denominato SPARC e, successivamente, quella del primo impianto dimostrativo, ARC, il primo impianto capace di immettere energia da fusione nella rete elettrica che, secondo la tabella di marcia, sarà disponibile nel prossimo decennio nella taglia di circa 200 Mw.

SPARC sarà realizzato assemblando in configurazione toroidale (una ciambella detta “tokamak”) un totale di 18 magneti dello stesso tipo di quello oggetto del test. In tal modo sarà possibile generare un campo magnetico di intensità e stabilità necessarie a contenere un plasma di isotopi di idrogeno a temperature dell’ordine di 100 milioni di gradi, condizioni necessarie per ottenere la fusione dei il conseguente rilascio di un’elevatissima quantità di energia.

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Il prototipo di reattore sperimentare a fusione nucleare con sconfinamento magnetico Sparc.

Nel corso del test, il magnete toroidale, dal peso di circa 10 tonnellate, raffreddato con elio liquido a una temperatura di circa –253.15°C (20 gradi sopra allo zero assoluto) è stato energizzato con una corrente elettrica di intensità crescente, fino a 40.000 Ampere, per periodi di tempo prefissati e in diverse condizioni di funzionamento, sviluppando un campo magnetico di elevatissima intensità, fino a 20 Tesla (T).Tali campi magnetici non si sarebbero ottenuti con l’utilizzo di materiali tradizionali come il rame o superconduttori LTS (Low Temperature Superconductors) che si sarebbero danneggiati per il calore generato.

Il risultato è stato raggiunto grazie alle proprietà dei superconduttori HTS (REBCO – Rare Earth Barium Copper Oxide) che compongono la parte attivadel magnete, che sono in grado di raggiungere perfomance molto più elevate in termini di campo magnetico associato. Il test ha dimostrato la possibilità di mantenere il magnete nel regime di superconduzione con un’elevata stabilità di tutti i parametri fondamentali per il suo impiego in un futuro impianto dimostrativo. Il test ha, inoltre, generato una ingente mole di dati che saranno oggetto di analisi approfondite nel corso dei prossimi mesi.

La tecnologia HTS si basa sulle scoperte che hanno portato Johannes Georg Bednorz e Karl Alexander Müller al Premio Nobel per la fisica nel 1987, ma solo recentemente la disponibilità commerciale di nastri HTS ha portato al loro utilizzo nei supermagneti.

La fusione nucleare a confinamento magnetico, dove nuclei di elementi leggeri (come trizio e deuterio, isotopi dell’idrogeno) raggiungono uno stato della materia – il plasma – nel quale possono superare le forze repulsive e fondersi in un nucleo di elio, rilasciando più energia per unità di massa rispetto alla fissione, promette una vera e propria rivoluzione in campo energetico perché una volta sviluppata a livello industriale, permetterebbe di avere a disposizione una fonte di energia pulita, sicura e praticamente inesauribile.

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