Il progetto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) è un esperimento su larga scala volto a dimostrare la fattibilità scientifica e tecnica della fusione come nuova fonte di energia e aprire la strada al suo sfruttamento industriale. Verso la fine del 2020 oltre il 70% del progetto è stato completato. Il prossimo grande passo sarà l’utilizzo del plasma surriscaldato, fatto previsto nel 2025, e raggiungerà la piena potenza entro il 2035, con lo scopo di dimostrare la possibilità di produrre più energia di quella utilizzata nel processo. Il progetto nasce dall’Accordo ITER, firmato da sette partner nel 2006: Cina, Europa, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti. Insieme, governano l’Organizzazione ITER e uniscono risorse finanziarie e scientifiche. Fusion for Energy (F4E) è l’organizzazione dell’UE, responsabile del contributo europeo a ITER e allo sviluppo dell’energia da fusione. Il progetto consentirà agli scienziati di studiare un “plasma in fiamme” che fornirà una potenza di fusione molto più elevata (500 MW) e tempi più lunghi (circa sette minuti) rispetto a quelli attualmente in uso (16 MW e pochi secondi).
Energia di fusione
L’energia che alimenta le stelle è rappresentata dalla fusione. Il nostro Sole è un enorme dispositivo di fusione, il più grande del nostro sistema solare. Gli atomi di idrogeno viaggiano a velocità straordinaria nel nucleo del Sole. Gli atomi di idrogeno si combinano per formare un atomo di elio più pesante. C’è molta energia rilasciata sotto forma di luce e calore da questo processo. Occorrono due tipi di isotopi di idrogeno per produrre la reazione di fusione: deuterio e trizio. Tuttavia, poiché i loro nuclei nel plasma sono entrambi carichi positivamente, si respingono a vicenda. A causa dell’enorme gravità del Sole, gli atomi di idrogeno si accendono a una temperatura di 15 milioni di °C. A causa delle minori forze gravitazionali sulla Terra, essi devono essere riscaldati a temperature fino a 150 milioni di °C per scontrarsi e fondersi. Il deuterieo è un minerale che può essere trovato nell’acqua di mare. Il litio, che viene raccolto dalla crosta terrestre, può essere usato per produrre trizio. La parte che viene estratta da 500 litri di acqua basterebbe a soddisfare il fabbisogno energetico di un cittadino medio per tutta la vita. E inoltre l’acqua è ancora potabile. Attraverso numerosi test, gli scienziati hanno cercato di capire come creare questa energia per decenni. Nonostante il concetto sia basilare, hanno dovuto affrontare una serie di ostacoli. Gli atomi di idrogeno si schiantano a milioni di gradi Celsius, dando luogo al plasma, un gas caricato elettricamente.
Il progetto ITER
La camera sottovuoto a forma di ciambella è il suo cuore pulsante. All’interno, l’idrogeno gassoso si trasforma in plasma, un gas caldo e caricato elettricamente, a causa del calore intenso. I plasma offrono l’ambiente in cui gli elementi leggeri possono combinarsi e fornire energia, sia in una stella che in un dispositivo di fusione. Le particelle cariche nel plasma sono modellate da bobine magnetiche super potenti, che gli scienziati impiegano per mantenere il plasma riscaldato lontano dalle pareti della struttura e abbastanza denso da consentire alle particelle di fondersi. Per iniziare l’operazione, la camera a vuoto viene evacuata dall’aria e dalle impurità. I sistemi magnetici vengono quindi caricati, seguiti dall’introduzione del combustibile gassoso. Il gas si scompone elettricamente, diventa ionizzato (gli elettroni vengono rimossi dai nuclei) e produce plasma quando viene inviata un’elevata corrente elettrica. Le particelle di plasma iniziano a riscaldarsi mentre si caricano e si scontrano. Le attuali tecnologie consentono di raggiungere temperature di fusione (tra 150 e 300 milioni di °C). Quando le particelle sono “eccitate”, si scontrano, superando la loro intrinseca repulsione elettromagnetica e fondendosi. La fusione rilascia enormi quantità di energia. I lavori di costruzione del sito ITER sono iniziati nel 2007 a Cadarache, nel sud della Francia, su un sito di 42 ettari che ora ospita il tokamak in fase di assemblaggio di vari edifici, infrastrutture e centrali elettriche. ITER è uno dei progetti di ingegneria più complessi e richiederà milioni di componenti per assemblare il gigantesco reattore, che peserà 23.000 tonnellate. Il ciclotrone elettronico (EC) è uno dei sistemi di riscaldamento al plasma. L’EC può essere considerato un grande forno a microonde. Prende energia dalla rete e la converte in tensione controllata prima di alimentarla alle sorgenti RF (note come girotroni), creando onde elettromagnetiche solide che riscaldano il plasma ITER.
Conclusioni
I progressi nello sviluppo della fusione a confinamento magnetico sono stati impressionanti negli ultimi decenni. Tuttavia, le condizioni affinché avvenga la fusione sulla Terra, oltre a ottenere un costante guadagno di energia positiva, sono ancora estremamente difficili da raggiungere. Sono state necessarie molte innovazioni tecnologiche da parte di parti di tutto il mondo per poter costruire ITER. Da un altro punto di vista, la cooperazione internazionale è fondamentale per raccogliere le conoscenze scientifiche e tecniche in progetti sperimentali grandi e complessi.
