Fusione calda, tempi freddi...

Leggo ieri, sul corriere della sera, un'intervista al Professor Bruno Coppi. In questa intervista Coppi denunciava l'azzardo realizzativo in corso del progetto Iter e rilanciava invece con il suo Ignitor.

A questo punto, non conoscendo molto di Ignitor ho sentito la necessità di documentarmi un pò, svolgendo la mia ricerchina.

Cos'é la fusione a confinamento magnetico?
Per circostanziare il campo, stiamo parlando di produzione di energia, in particolare di produzione di energia per mezzo della fusione termonucleare controllata.
L'idea di progetti come Iter e Ignitor è abbastanza semplice, si prendono degli atomi di deuterio e trizio, si confinano con dei campi magnetici e si aumenta la pressione e la temperatura finchè non iniziano a fondersi.
Questo genere di fusione, viene chiamato a confinamento magnetico, per disinguerla da altri generi di fusione.
Il calore sprigionato dalla fusione, va ad alimentare il processo di fusione e a produrre energia. Il calore in eccedenza, viene poi utilizzato per scaldare un liquido, far girare una turbina, insomma quelle "cosa la'" che servono poi per generare energia elettrica.
Fin qua tutto bene, il problema è che scaldare il plasma di deuterio e trizio fino a far fondere gli atomi si è dimostrato un compito di una difficoltà enorme.
Il plasma tende a perdere compattezza, in particolare quando si innescano i processi di fusione la stabilità peggiora ancora di più.

La Storia
I ricercatori ci stanno provando dagli anni 50' in poi, i primi sono stati i russi con il design Tokamak, poi gli americani con lo Stellarator, una bottiglia magnetica a forma di otto.
Negli ultimi anni, l'utilizzo di magneti a superconduttore e una migliore comprensione della fisica dei plasmi hanno permesso ai ricercatori di raggiungere la fusione per brevi istanti, ma raggiungere e mantenere per lungo periodo uno stato stazionario sostenuto dalle reazioni di fusione, continua ad essere il Sacro Graal di chi opera in questo campo.
Tutto questo perchè la fusione calda per essere una alternativa utilizzabile al posto del petrolio, del carbone e dell'energia nucleare di fissione deve produrre energia con un certo rendimento.
Questo rendimento per i reattori di questo tipo si indica col parametro Q.
Q uguale a 1,5 vuol dire che per ogni watt utilizzato per alimentare il reattore, il reattore ne produce 1,5 watt di energia. Calcolando che poi quel calore deve passare attraverso una turbina che ha un rendimento di circa un terzo, si capisce che per generare energia in modo economico il fattore Q debba essere il più alto possibile.

ITER
A questo punto arriviamo a ITER. ITER è un progetto molto ambizioso partito nel 1985 con un consorzio formato da Unione Europea, Russia, Stati Uniti, Canada e Giappone. L'obiettivo era di creare il primo reattore a fusione commercialmente utilizzabile. Dato che nessuno ha mai creato neanche un prototipo di reattore a fusione funzionante, si capisce come ITER sia ambizioso come progetto.
L'idea è di utilizzare la migliore tecnologia disponibile su una scala mai vista per produrre, dapprima il primo reattore sperimentale, chiamato ITER, e in una seconda fase il primo prototipo di reattore per la produzione di energia DEMO.
Le dimensioni del progetto erano titaniche, l'inizio della fase di ingegnerizzazione doveva avvenire nel 2001, la consegna finale del reattore DEMO nel 2040 circa, per una spesa complessiva di 10 Miliardi di Euro da spendersi in 30 anni circa.
Il reattore ITER sarà una macchina gigantesca, con bobine superconduttrici alte quanto un palazzo di 5 piani e dovrebbe avere un fattore Q pari a 10. DEMO sarà ancora più grosso con un fattore Q che dovrebbe arrivare a 25.
Quindi se spendiamo un megawatt per alimentare DEMO questo dovrebbe produrne 25. In particolare ITER punta a produrre 500 MW di potenza. DEMO dovrebbe superare la potenza del più potente reattore a fissione attualmente esistente.

ITER però non ha avuto vita facile, dapprima si sono tirati fuori gli Stati Uniti, che negli anni 80 credevano di non avere grossi problemi con l'energia. Poi la Russia in seguito alla crisi economica ha ridotto notevolmente gli impegni, poi il Canada si e' anche lui sfilato.
L'Europa e il Giappone hanno allora iniziato a litigare per una serie di anni sulla scelta del sito che avrebbe ospitato ITER e DEMO. Alla fine 2005 , il Giappone ha acconsentito a scegliere Cadarache in Francia come sito in cambio di una fetta consistente nei gruppi direzionali del progetto.
Recentemente nel consorzio sono rientrati nell'ordine Gli Stati Uniti, la Cina e l'India. Questo dovrebbe garantire ad ITER una discreta stabilità anche se potrebbe aumentare le complicazioni decisionali.


Le critiche
E' chiaro che ITER per si è attirato forti critiche per avere dimensioni gargantuesche coniugate ad un rischio di progetto attualmente non quantificabile. I detrattori affermano che prima di impegnarsi in un progetto simile convenga approfondire con ricerca di base il comportamento dei plasmi, il comportamento dei materiali sottoposti ad un bombardamento di neutroni ad alta energia e tutta una serie di fattori che devono essere compresi a fondo per poter arrivare a produrre energia di fusione su base industriale in modo certo.

L'articolo
Ecco quindi l'obiezione del professor Coppi che propone invece di costruire un piccolo reattore, Ignitor, con tecnologia dei magneti tradizionali, niente bobine superconduttrici
bensì "normali" bobine in rame.
Questo permetterebbe subito (4-5 anni) di investigare le modalità di accensione del plasma e di riscaldamento del plasma, anticipando così di svariati anni il lavoro di ITER. Coppi lascia capire, neanche tanto tra le righe, che la sua macchina potrebbe probabilmente raggiungere l'ignizione e forse diventare un prototipo molto meno costoso di ITER per produrre energia di fusione.
Qua di lato potete ammirare la dimensione relativa dei due macchinari.




Il Mito e la Realtà
Ho provato, alla fine della mia ricerchina, a verificare alcune affermazioni che generalmente saltano fuori quando si parla di fusione a confinamento magnetico.

La fusione pone meno rischi per la radioattività rispetto alla fissione
Questo e' falso, in realtà un reattore a fusione del tipo di ITER, genera neutroni con una altissima energia. E quindi e' una fonte di radioattività primaria notevolmente consistente e anche la radioattività da irraggiamento non è assolutamente trascurabile. Il decommissioning di un reattore a fusione sarà complesso quanto quello di un reattore a fissione.

La Fusione e' una reazione controllata e per questo inerentemente sicura.
Questo e' un argomento portato dai fautori della fusione in opposizione alla pericolosità inerente delle reazioni di fissione. A tutti gli effetti questa affermazione è vera.
Un reattore a fissione ha il rischio di andare in fissione incontrollata e per questo deve essere continuamente moderato, mantenuto cioè in uno stato in cui la reazione di fissione avviene, ma sempre in modo controllabile.
Più è ampio questo margine più è "sicuro" il reattore. Oltre a questo il combustibile è tutto nel nocciolo nocciolo e ne serve un bel pò per mantenere una reazione spontanea di fissione.
Un reattore a fusione invece, mantiene pochi grammi di materiale di fusione.
Se ad un tokamak viene tolta energia, la reazione si ferma istantaneamente , ed e' probabile che il mantello stesso del reattore riesca ad assorbire il flusso di plasma liberato dai magneti contenendo il tutto. Quindi da questo punto di vista non c'e' il rischio di una Chernobyl .

La fusione utilizza una fonte di energia abbondante
Beh! Questo e' vero. Il deuterio si recupera dall'acqua di mare, mentre il trizio può essere generato come prodotto secondario dall'irraggiamento del litio.
La fusione non genera scorie
Questo e' abbastanza vero, nel senso che le scorie generate dalla fusione, parliamo dei materiali del reattore irraggiati, dovrebbero avere vita breve, circa un centinaio di anni. Niente a che vedere quindi con il lungo periodo di dimezzamento degli attinidi.
La fusione sarà una fonte illimitata di energia.
Questo dipende dal risultato di tutte queste ricerche. se...
se si riuscirà a mantenere uno stato stabile di fusione per periodi abbastanza lunghi di tempo,
se il fattore Q raggingibile sarà sufficientemente alto (>20),
se i materiali di cui è costruito un reattore resisteranno per un tempo sufficientemente lungo allo stress,
allora e' probabile che l'affermazione sopra possa diventare vera.