RICADUTE E BENEFICI DELLE RICERCHE SULLA FUSIONE

Paola Batistoni

Associazione EURATO M - ENEA sulla FusioneUTS Fusione - CR Frascati

I Giovedì della Cultura Scientifica ENEA, Casaccia, 18.09.2003

Prem essa

• La ricerca scientifica e tecnologica è protagonista e m otore dello sviluppo econom ico e sociale

• Le sfide della com petitività im pongono di concentrare risorse su im prese che producano benefici econom ici, am bientali e per la salute.

La ricerca sulla fusione ha l’obiettivo concreto di rendere disponibile unafonte di energia inesauribile, pulita, sicura ed econom icam ente com petitiva.

La fusione contribuirà aridurre sostanzialm entel'im piego di com bustibilefossile, con grandebeneficio per l'am biente eper la sicurezzadell'approvvigionam entoenergetico.

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Tuttavia, il perseguim ento di questo obiettivo ha richiesto l'im piegodi risorse negli ultim i decenni, ed altre ne dovranno essere investiteper alcuni decenni ancora prim a che l'energia da fusione possa essereutilizzata su larga scala.

Nel frattem po:

• in che m isura questa im presa contribuisce al progressoscientifico e tecnologico?

• in che m isura si traduce in progresso econom ico e sociale?

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Le ricerche sulla fusione hanno contribuito allo sviluppo della fisica delplasm a, la quale

presenta un’enorm e quantità di applicazioni scientifiche, tecnologiche eindustriali

costituisce l’arena ideale per lo studio della turbolenza nei fluidi, chaos ecom plessità

presenta m olteconnessioni con altricam pi della scienza, e.g.:

fisica solare e astrofisica

fisica atomica

fisica computazionale supercomputing

...................

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Le ricerche sulla fusione hanno prodotto nuoveconoscenze in fisica nucleare

scherm aggio dei neutroni di fusione danneggiam ento e attivazione dei m ateriali

• Sezioni d’urto neutroniche fino a 20 M eV

• Librerie di dati nucleari e codici per il calcolo deltrasporto n/γγγγ nella m ateria e dell’attivazione indotta• Sorgenti di neutroni per la validazione dei dati

Applicazioni in altri cam pi astrofisica, alte energie, m ateriali

in m olte applicazioni pratiche

dosim etria neutronica radioterapia analisi per attivazione neutronica danneggiam ento da radiazioni su

com ponenti elettronici e m icroelettroniciGeneratore di neutroni FNG – ENEA Frascati

y = 8.891E-02x - 4.309E-05R2 = 9.999E-01

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.E+00 2.E+00 4.E+00 6.E+00

Neutron Fluence (x10̂ 11 cm-2)

dose

ena

mel

EPR

(a.u

.)

P. Fattibene et al., NIM B 201 (2003) 480

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L’im patto sul sistem a produttivo

Il rapporto con l'industria si esplica tradizionalm ente tram ite quattro m eccanism i principali:

Form azione professionale 1995-99 : 2000ricercatori, 250 studenti di PhD, 45 borse distudio / anno in Europa

Com m esse per forniture per larealizzazione degli apparati sperim entalimeccanismo più importante all’inizio, azione di stimolo sulsistema produttivo

Sviluppo e/o il trasferim ento di scoperte e di tecnologie specifiche

maggiore coinvolgimento di industrie qualificate a causa della crescente complessità degli impianti di ricerca ⇒ partecipazione diretta al programma, sinergie

Produzione di spin-off

FTU – Cam era da vuoto (M AN TURBO, ex DE PRETTO - ESCHER W YSS )

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O biettivi

Preparare l’industria allaproduzione di energia da fusione

• Selezione di 100 industrie europee (di cui 15italiane) qualificate per la costruzione dicom ponenti per ITER che richiedonotecnologie specifiche.

Trasferire innovazione

• Crescente attenzione

• Nei vari istituti, i diversi m eccanism ivengono interpretati e attuati conaccentuazioni e m odalità diverse

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Settore Applicazione Spin-off : Esem pi

Sem iconduttori

Trattam ento dei

m ateriali

• Etching / sputtering • Plasm a Assisted Chem ical Vapor D eposition

• Im pianto di ioni • Trattam enti superficiali

Codici num erici (TRIM , TRID YN ) sviluppati

per lo studio dell'interazione plasm a-parete

sono utilizzate per il controllo del plasm a nel

drogaggio dei sem iconduttori per im pianto

ionico

Tecniche diagnostiche utilizzate per i plasm i di

fusione sono applicate al controllo dei processi

nell'industria dei sem iconduttori

M ateriali

• N uove leghe m etalliche/ com posti in fibre di

carbonio

• Lavorazione, sinterizzazione e

giunzione di m ateriali

• Estensione di database per i m ateriali

La necessità di raffreddare attivam ente

com ponenti in CFC per il rivestim ento della

prim a parete nei tokam ak ha portato allo

sviluppo di specifiche tecniche di giunzione

fibra-m etallo (AM C - A ctive M etal Casting)

applicate in cam po aerospaziale

Lo sviluppo di sorgenti di m icroonde ad alta

potenza e alta frequenza (gyrotron) ha portato

ad applicazioni nella lavorazione di m ateriali

ceram ici etc.

…….. continua

Esempi di ricadute industriali

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Settore Applicazione Spin-off : Esem pi

Superconduttività • M ateriali

• Tecnologie di fabbricazione di cavi e

nastri superconduttori

• Avvolgim ento di m ateriali

intrinsecam ente fragili

L'im piego di m agneti superconduttori nelle m acchine

per fusione ha favorito le applicazioni in cam po

scientifico (e.g. LH C)

e in cam po m edico (RM N )

Ricerca Spaziale • Propulsione spaziale D iagnostiche sviluppate per lo studio del plasm a di bordo sono applicate allo studio della turbolenza nei

m otori m agneto-plasm a dinam ici (M PD )

Fonti energetiche

rinnovabili • Celle a com bustibile • Turbine eoliche

Le m em brane m etalliche per il recupero del trizio nel

ciclo del com bustibile si applicano alla produzione di

idrogeno da reform ing di idrocarburi in autovetture a

trazione elettrica.

Sistem i laser sviluppati per lo studio delle

fluttuazioni nei plasm i sono utilizzati per la m isura

del vento davanti alle turbine eoliche

S. Dean, Applications of plasma and fusion research, J. Fus. Energy 14 (2) (1995) 251E Bogusch et al., Benefits to European Industry from involvment in fusion, Fus. Eng. Design 63-64 (2002) 679

L.M . W aganer, Benefits to US industry from involvment in fusion, Fus. Eng. Design 63-64 (2002) 673

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1977 - Large Coil Test (EU, US, JA): 6 bobine inNbTi, Nb3Sn con B≈≈≈≈10T per la fusione

In Italia:

1980 - Solenoide in NbTi per SULTAN (B = 6T,d=2m ) ENEA/Europa M etalli (EM )/Ansaldo

1991 - Solenoide in Nb3Sn per SULTAN(B=12T,d=1m ) ENEA / EM / Ansaldo

1985 - Prototipi del m agnete toroidale e delsolenoide centrale per ITER in Nb3Sn Coordinam ento ENEA

Applicazioni

Acceleratori per la fisica delle alte energie (e.g. LH C) EM , Ansaldo, OCEM

Applicazioni m ediche (RM N) EM

Sistem i ad accum ulo di energia m agnetica (SM ESs) EM , Ansaldo, OCEM

La realizzazione di m agneti superconduttori per la fusione ha trainato losviluppo della superconduttività

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M etrologia ottica ad alta precisioneper l'ispezione, allineam ento e Reverse Engineeringdegli im pianti.

Applicazioni : rilievo di im pianti di grandidim ensioni che richiedono alta precisione.

Es.: allineam ento dei m agneti del Sincrotrone Elettra di Trieste (Ago. - Ott. 2001)

Sistem i per la visione e la m etrologia in am bienti ostiliall’uom o e alla strum entazione elettronicaper ispezione all’interno di m acchine a fusione (sistem a IVVS – in coll. conENEA FIS)

Applicazioni : acquisizione in m aniera rem otizzata e autom atica diim m agini di qualità fotografica e m isure con accuratezza < 1 m mfino a distanze ~ 100 m , per rilievi di beni artistici, siti archeologici,locali a rischi am bientale

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Conclusioni

Le attività di ricerca sulla fusione

• includono attività di frontiera su un am pio spettro di cam piscientifici e tecnologici

• costituiscono un am biente integrato, m ultidisciplinare einternazionale in cui si attua efficacem ente la form azione di personalealtam ente qualificato

• richiedono un forte coinvolgim ento dell’industria

• producono trasferim ento di tecnologie innovative, trasferim ento chepuò essere favorito con l’adozione di strum enti e m ezzi adeguati