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La Fusione Nucleare
Il sole dell’avvenire
M.Samuelli – UTS Fusione
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Statement di George W. Bush (30/1/2003)
Ho il piacere di annunciare che gli Stati Unitiparteciperanno a ITER,un ambizioso progettoper verificare la promessa della energia dafusione. I risultati di ITER faranno avanzare glisforzi per produrre energia da fusione pulita, sicura, rinnovabile e commercialmentecompetitiva entro la metà di questo secolo. La commercializzazione della fusione potràdrammaticamente migliorare la sicurezzadell’approvvigionamento energetico e allostesso tempo di ridurre significantemente la polluzione dell’aria e le emissioni di gas serra.
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Discorso di Claudie Haigneré Ministro francese della Ricerca e delle Nuove
Tecnologie (1/7/2003)
Il Governo francese si impegnerà a fondo per la realizzazione del reattorea fusione nella convinzione che la vita futura dipenderà largamente dallanostra comune capacità di fare o non fare ricerca sulla fusione controllata
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Discorso di Yanhua LIU Vice-Ministro cinese della Scienza e
Tecnologia (18/2/2003)
La fusione è una sorgente potenzialedi energia per il genere umanoinnocua, sicura e ambientalmenteamichevole. La Cina ha bisogno dellaenergia da fusione più urgentementedi ogni altro paese. La Cina intendeoperare per esplorare gli usi pacificidell’energia da fusione ed esserneuno dei primi utilizzatori.
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La fusione nucleare
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Vantaggi della fusione
Combustibile praticamente inesauribileCombustibile uniformemente distribuito sulla terra (no tensioni internazionali)Nessun rischio di incidente nucleare coinvolgente ilterritorio (il combustibile nella zona di reazione è troppo poco per dare luogo ad un rilascio incontrollatodi energia, ogni malfunzionamento blocca la reazione)No rifiuti radioattivi a lunga vita (non richiededeposito geologico) – Possibilità di reazioni esenti daprodotti radioattivi eliminando così ognipreoccupazione legata al nucleareNessuna polluzione o produzione di gas serra
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Alcune reazioni nucleari di fusione
D + T -> He4 + n Q=17.6 Mev ( σ ≈ 10 barn a ≈ 100 kev)
n + Li6 -> He4 + T Q=4.8 MeV
D + D ->T + p // He3 +n (50%) Q=4.03//3.27 MeV (σtot=1barn a ≈ 1 Mev)
p + B11 -> 3He4 Q=8.7 MeV (σ ≈ 1 barn a ≈ 600 keV)
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Reazioni di fusione nelle stelle
p + p -> D
D + p >He3
He3 + He3->He4 + p +p
C12+ p ->N13->C13+ p->N14+ p ->O15->N15 + p ->C12 + He4
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Ma cosa è ?
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E’ una cosa difficile
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Repulsione elettrostatica F = - Z1Z2e2/r2 (nel vuoto)PlasmaInstabilitàMoti turbolentiPiccola sezione d’urtoPolitica internazionaleNo dramma energetico
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Diversi tipi di fusione nucleare
Confinamento inerzialeConfinamento magnetico[Fusione fredda]
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Fusione magnetica e fusione inerziale
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F=-Z1Z2e2/r2 T >108 kEProdotta/vol~ n2<σv>τEImmessa/vol~ nT
Fattore di merito -> n τ f(T)
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La meta agognata
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P~nT
Fusione Magnetica
n≈ 1014 part/cm3
τ≈ 1 secDimensioni del plasma≈ 1000 m3
Fusione Inerziale
Si comprime il plasma oltre la densità dellostato solido (n ≈ 1025
cm-3)τ≈ 100 psDimensioni del plasma≈ 10-6 cm3
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Ignizione
D + T -> He4(3.5 MeV) + n(14.1)Mev Q=17.6 MevSe l’energia rilasciata nel plasma dallealfa (He4) > perdite di energia dalplasma Ignizione Se <, è necessario continuare a fornire energia al plasma per mantenerlo a temperaturatermonucleare
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Fusione fredda
Nei solidi la repulsione coulombianapuò essere schermata da effetticollettivi degli elettroni del reticolo e non è più necessario riscaldare per fornire l’energia necessaria a superare la barriera coulombiana.
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Fusione fredda
Elettrolisi con elettrolita deuteratoCatodi specifici (ad es. Palladio)Tramite elettrolisi si fa entrare nelreticolo del catodo il deuterio fino a portarlo ad una concentrazione(part./cm3) dell’ordine di quella degliioni costituenti il reticolo
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Fusione fredda
Si ha sviluppo di calore (≤1W) quando la concentrazione del deuterioè dell’ordine di quella dell’elementodel catodo ma sono imprevedibilil’inizio del fenomeno e la durataSi ha qualche evidenza ditrasmutazioni nucleari
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A che punto siamo
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Il futuro
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ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – UE,Fed.Russa,USA, Giappone,Cina,Corea,(Canada)
NIF (National Ignition Facility)
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ITER - Estimated total cost of costruction
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Chi siamo
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Struttura Fusione UEIl CCE-FU è un organo del Consiglio dei Ministri UE
CCE-FU
Circa 20 Associazioni
EFDA ST
Central Support Unit JET (Culham)
Central Support Unit Tec. ITER e Long Term (Garching)
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Le principali Associazioni con Euratom
Germania (3 Associazioni) 40%Italia (Euratom-ENEA) 20%Francia (Euratom-CEA) 20%Gran Bretagna (Euratom-UKAEA)10%
____90%
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In base alla delibera CIPE del 19/10/1983E’ affidata all’Enea la responsabilità diprogrammare e controllare tutte le ricerchesulla fusione svolte dall’Italia sia nei proprilaboratori,sia in imprese comuni europee, sia in collaborazioni internazionaliI preesistenti contratti di Associazione con Euratom di CNR ed ENEA vengonoriunificati in un unico Contratto ENEA-Euratom. L’Associazione italiana con Euratom sulla fusione si identifica quindicon quella ENEA-Euratom.
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Associazione Euratom-ENEA
Associazione Euratom-ENEA
ENEA CNR MI CONS. RFX
POLITO CREATE Univ.Catania
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La fusione in Italia –Personale(non tutto a tempo pieno - 2002)
pers profGruppo di ricerca Euratom
ENEA 304 126Cons RFX 170 97CNR Milano 42 21Cons CREATE 46 42POLITO 33 24Univ Catania __ 5__________ 5_
600 315
No Gruppo di ricercaIgnitor 10 9Altro (Fus.Fredda–Spin off) 10 5
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La Fusione in ENEA – Budget ed entrate (media annuale dal 1996 -
MEuro )
EntrateEuratom ~ 10Altri contratti ~ 0.7(Ignitor)Fondi di rotazione 22.5
~33.2Uscite
Attività programmatiche ~ 8.5
JET 1.5
~10
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Attività della Fusione in Italia (1)
Fisica Grandi apparati sperimentali: FTU, RFX, ABCJETProgetto Ignitor Diagnostiche, Teoria, CodiciFusione fredda
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Attività della Fusione in Italia (2)
TecnologieSuperconduttivitàRemote handling e sensoristicaSistemi di riscaldamento RFTermofluidodinamicaMaterialiNeutronica,FNG, DPFControlliCiclo del combustibile
Studi socioeconomici e impatto ambientale
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FTU Frascati
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FTU Frascati
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RFX Padova
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ABC Frascati
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FNG – Frascati Neutron Generator