{"id":9049,"date":"2020-03-14T14:47:49","date_gmt":"2020-03-14T13:47:49","guid":{"rendered":"http:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/?p=9049"},"modified":"2020-03-14T14:47:49","modified_gmt":"2020-03-14T13:47:49","slug":"mitica-e-il-consorzio-rfx-di-padova","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/mitica-e-il-consorzio-rfx-di-padova\/","title":{"rendered":"MITICA e il Consorzio RFX di Padova"},"content":{"rendered":"<div id=\"wp_fb_like_button\" style=\"margin:5px 0;float:none;height:20px;\"><script src=\"http:\/\/connect.facebook.net\/en_US\/all.js#xfbml=1\"><\/script><fb:like href=\"https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/mitica-e-il-consorzio-rfx-di-padova\/\" send=\"true\" layout=\"button_count\" width=\"50\" show_faces=\"true\" font=\"tahoma\" action=\"like\" colorscheme=\"light\"><\/fb:like><\/div><p><strong>di <span style=\"color: #ff9900\">Tiziano Vio<\/span>, <\/strong><span style=\"color: #3366ff\"><strong>5C Scientifico &#8216;G. Bruno&#8217;<\/strong><\/span><\/p>\n<p>Una delle questioni pi\u00f9 problematiche che il mondo contemporaneo deve affrontare \u00e8 senza dubbio l\u2019approvvigionamento energetico: pi\u00f9 dell\u201980% dell\u2019energia consumata nel mondo, infatti, viene prodotta a partire da combustibili fossili (carbone, petrolio o gas naturale), proprio come accadeva oltre mezzo secolo fa.<\/p>\n<p>Le fonti rinnovabili (con l\u2019eccezione dell\u2019idroelettrico, che per\u00f2 non pu\u00f2 essere sufficiente) su larga scala risultano non essersi diffuse, a causa delle molte limitazioni che pongono. Per fare un esempio, per sostituire una normale centrale termoelettrica con dei pannelli fotovoltaici occorrerebbe ricoprire con questi ultimi un\u2019area ampia come una citt\u00e0 di medie dimensioni.<\/p>\n<p>In che modo possiamo allora diminuire la nostra pericolosa dipendenza dai combustibili fossili? La risposta potrebbe consistere nell\u2019imitare i processi che avvengono costantemente all\u2019interno delle stelle, ossia sfruttando una reazione di fusione nucleare.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/wp-content\/image-2.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignleft size-medium wp-image-9051\" src=\"https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/wp-content\/image-2-640x360.jpg\" alt=\"\" width=\"640\" height=\"360\" srcset=\"https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/wp-content\/image-2-640x360.jpg 640w, https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/wp-content\/image-2-768x432.jpg 768w, https:\/\/old.istitutobrunofranchetti.edu.it\/giornalino\/wp-content\/image-2.jpg 960w\" sizes=\"auto, (max-width: 640px) 100vw, 640px\" \/><\/a><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Moltissimi centri di ricerca in tutto il mondo sono al lavoro su questo tema, e uno di essi \u00e8 vicinissimo a questo istituto: si trova infatti a Padova, ed \u00e8 l\u00ec che il 29 gennaio si sono recate le classi 5A e 5C della sede Bruno, accompagnate dai loro insegnanti di Fisica.<\/p>\n<p>Presso i laboratori del Consorzio RFX (al quale partecipano, tra gli altri, INFN e CNR) ci \u00e8 stato dunque possibile apprendere delle nozioni teoriche sul processo di fusione e sulle ricerche in corso relative alla sua applicazione, per poi avere l\u2019opportunit\u00e0 di visitare la struttura e osservare i dispositivi in fase di studio.<\/p>\n<p>La reazione di fusione nucleare che verr\u00e0 utilizzata \u00e8 la seguente: da due nuclei di deuterio e trizio (degli isotopi dell\u2019idrogeno con rispettivamente uno e due neutroni) si arriva ad ottenere un nucleo di elio e un neutrone, con liberazione di energia.<\/p>\n<p>Affinch\u00e9 la reazione avvenga, la miscela dei reagenti deve essere per\u00f2 portata alla temperatura di 150 milioni di gradi Kelvin, ossia allo stato di plasma (un insieme di nuclei ed elettroni liberi che si muovono liberamente nello spazio): in queste condizioni, l\u2019energia dei nuclei \u00e8 sufficientemente elevata da superare la repulsione dovuta alla forza coulombiana.<\/p>\n<p>Collidendo, deuterio e trizio si fondono per dare origine ad un nucleo di elio, un neutrone e molta energia: la massa dei prodotti, infatti, risulta inferiore di 0.027 * 10^(-27) Kg alla massa dei reagenti, e questo apparentemente insignificante difetto di massa d\u00e0 origine ad una emissione di energia in proporzione enorme &#8211; come risulta dalla teoria della relativit\u00e0 ristretta di Einstein &#8211; secondo la notissima equazione E=mc<sup>2<\/sup>.<\/p>\n<p>Le quantit\u00e0 in gioco sono impressionanti: un solo chilogrammo di idrogeno reagendo libera un\u2019energia pari a quella ottenuta dalla combustione di 10^7 Kg di carbone, e nelle centrali in progetto essa verr\u00e0 utilizzata per produrre il vapore in grado di muovere le turbine.<\/p>\n<p>Il cuore del laboratorio di Padova, centro nel quale non si effettuano ricerche sulla reazione di fusione vera e propria, \u00e8 costituito dall\u2019apparato in cui vengono studiati il confinamento e il monitoraggio del plasma.<\/p>\n<p>Esso ha lo stesso aspetto che avranno i futuri reattori: una sorta di grande ciambella (il termine specifico \u00e8 \u201ctoro\u201d) di raggio 2 m, circondata da un gran numero di elettromagneti di varie forme (per quanto al momento della nostra visita il toro, essendo in fase di modifica, fosse in realt\u00e0 situato nello spazio dedicato alla manutenzione).<\/p>\n<p>Quando la macchina \u00e8 in funzione, le particelle cariche che compongono il plasma si muovono a velocit\u00e0 elevatissime, dando luogo ad una corrente fino a 2 MA: a mantenerle nella loro traiettoria ad elica sono i campi magnetici toroidali e poloidali, mentre una rete di sensori controlla tutti i parametri, elaborando automaticamente una risposta (ad esempio, intervenendo su dei magneti) in caso di variazioni. Una criticit\u00e0 \u00e8 data dalla frazione di plasma che sfugge al confinamento: le anomalie che ne deriverebbero vengono risolte grazie ad un dispositivo detto divertore, che convoglia le particelle verso una determinata area, particolarmente resistente e dotata di uno specifico sistema di raffreddamento.<\/p>\n<p>Tramite la rete di rivelatori viene anche effettuata una tomografia, ossia una mappatura precisa delle aree dove il plasma \u00e8 ad una data temperatura.<\/p>\n<p>Sorge per\u00f2 spontanea una domanda: in che modo lo si \u00e8 potuto portare ai quasi inimmaginabili 150 milioni di gradi?<\/p>\n<p>Innanzitutto, alcuni elettromagneti sono alimentati in modo tale da generare un campo variabile, inducendo quindi una corrente elettrica nel plasma e aumentando l\u2019energia cinetica delle particelle che lo compongono: si incrementano cos\u00ec le collisioni, e di conseguenza la temperatura.<\/p>\n<p>Questo processo, noto come riscaldamento ohmico, non risulta per\u00f2 sufficiente, e va integrato con altri due sistemi.<\/p>\n<p>Il primo \u00e8 il riscaldamento tramite onde elettromagnetiche (riscaldamento a radiofrequenza) &#8211; che agisce pressappoco come se il reattore fosse un enorme forno a microonde -, mentre il secondo \u00e8 il sistema di iniezione di neutri, l\u2019altro aspetto su cui si focalizzano le ricerche dei laboratori; a Padova sono infatti in sviluppo i prototipi SPIDER e MITICA, che abbiamo avuto modo di osservare nell\u2019edificio a loro dedicato.<\/p>\n<p>Nel riscaldamento tramite iniezione di neutri, un fascio di ioni negativi di deuterio lascia la sorgente ed entra in un acceleratore elettrostatico (in questo caso, con differenza di potenziale complessiva pari ad 1 MV); in seguito, gli ioni accelerati attraversano un particolare apparato &#8211; detto neutralizzatore &#8211; che li trasforma in particelle neutre.<\/p>\n<p>Ecco quindi che il fascio da 16,7 MW, ora in grado di attraversare i campi magnetici, viene a contatto con il plasma: gli atomi di deuterio collidono con le particelle gi\u00e0 presenti, per poi perdere i loro elettroni, divenendo nuclei e venendo accelerati anch\u2019essi.<\/p>\n<p>Ora, MITICA \u00e8 un prototipo in scala 1:1 di uno degli iniettori di neutri che saranno utilizzati nella prima centrale a fusione nucleare del mondo. Stiamo parlando dell&#8217;impianto pilota che un insieme di 35 nazioni, riunite nel progetto ITER, sta attualmente costruendo a Cadarache, nel sud della Francia: i lavori sono iniziati 7 anni fa, e secondo i progetti dovrebbero concludersi verso il 2025.<\/p>\n<p>Il reattore di ITER, che dovrebbe divenire pienamente operativo nel 2035, sarebbe il primo reattore a fusione in grado di soddisfare le condizioni previste dal criterio di Lawson, ossia capace di ottenere una reazione capace di autosostenersi.<\/p>\n<p>In altre parole, la reazione libererebbe un&#8217;energia superiore rispetto a quella utilizzata per farla avvenire, nello specifico con un rapporto di circa 10:1.<\/p>\n<p>Il raggiungimento di tale traguardo, chiaramente fondamentale per poter produrre energia elettrica tramite impianti di questo tipo, risulterebbe di enorme importanza, e mostrerebbe come la fusione nucleare abbia le potenzialit\u00e0 per diventare la fonte di energia principale.<\/p>\n<p>Con tale processo verrebbe prodotta energia &#8220;pulita&#8221;, non essendovi n\u00e9 emissioni inquinanti n\u00e9 complesse problematiche legate a scorie radioattive con emivita molto lunga, e si eviterebbero gli svantaggi propri delle fonti rinnovabili come l&#8217;energia solare.<\/p>\n<p>Inoltre, ricavare i reagenti non presenta particolari difficolt\u00e0, in quanto il deuterio si trova in natura, il trizio si pu\u00f2 ottenere dal litio e secondo le stime effettuate non vi sarebbero rischi di esaurimento per venti milioni di anni: per tali ragioni, la fusione nucleare sembra davvero essere l\u2019alternativa pi\u00f9 promettente alle attuali fonti energetiche.<\/p>\n<p>In aggiunta all\u2019analisi dell\u2019esperienza, trovo infine opportuno sottolineare come l\u2019uscita possa essersi rivelata utile anche sotto un altro aspetto, quello dell\u2019orientamento in uscita.<\/p>\n<p>Numerosi studenti, una volta giunti all\u2019ultimo anno, infatti, sono ancora indecisi sulla facolt\u00e0 universitaria da frequentare, magari anche a causa delle apparenti scarse prospettive offerte da alcuni corsi in ambito scientifico.<\/p>\n<p>Visitare i laboratori di Padova, in cui lavorano molti fisici ed ingegneri, per alcuni potrebbe avere costituito uno stimolo a non escludere alcune opzioni a cui prima si dava meno considerazione, mentre altri potrebbero essere ora pi\u00f9 determinati nel proseguire lungo la strada scelta, sia essa pi\u00f9 o meno ambiziosa.<\/p>\n<p><strong><span style=\"color: #3366ff\"><em>Un ringraziamento finale va a Pietro Casarin di 5A, per i suggerimenti forniti prima e durante la stesura dell\u2019articolo, e al prof. Sergio Boschin.<\/em><\/span><\/strong><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Approfondimenti:<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Fonti di energia: <a href=\"https:\/\/ourworldindata.org\/energy\">https:\/\/ourworldindata.org\/energy<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Esperimento per lo studio del plasma dei laboratori di Padova: <a href=\"https:\/\/it.wikipedia.org\/wiki\/Reversed_Field_eXperiment\">https:\/\/it.wikipedia.org\/wiki\/Reversed_Field_eXperiment<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Esperimenti SPIDER e MITICA: <a href=\"https:\/\/www.igi.cnr.it\/www\/sites\/default\/files\/Pieghevole%20NBTF.pdf\">https:\/\/www.igi.cnr.it\/www\/sites\/default\/files\/Pieghevole%20NBTF.pdf<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Criterio di Lawson: <a href=\"https:\/\/www.euro-fusion.org\/news\/detail\/detail\/News\/lawsons-three-criteria\">https:\/\/www.euro-fusion.org\/news\/detail\/detail\/News\/lawsons-three-criteria<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Progetto ITER: <a href=\"https:\/\/www.iter.org\">https:\/\/www.iter.org<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p><em>\u00a0<\/em><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>di Tiziano Vio, 5C Scientifico &#8216;G. 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