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ENEA - divisione Fusione
Storia dei Laboratori della FusioneTermonucleare a Frascati
I Laboratori di Fisica del Plasma, detti anche Laboratori dei Gas Ionizzati,
sono nati negli anni '60 presso i Laboratori Nazionali di Frascati, in cui fin
dal 1956, si erano svolte ricerche nel campo della fisica fondamentale o fisica
delle alte energie, ricerche che proseguono ancora oggi sotto l'egida
dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Dal 1976 le attività di ricerca sulla fusione termonucleare controllata,
sempre realizzate in collaborazione con l'EURATOM e con il CNR, e le ricerche
riguardanti le collaborazioni con le industrie, sono proseguite a Frascati nell'ambito
dei programmi dell'ENEA.
La fisica del plasma a Frascati: i primi esperimenti
Per un ventennio, i laboratori di fisica del plasma hanno svolto una intensa attività di studio e ricerca sulla produzione e sulle proprietà fisiche di plasmi densi e di breve durata, con l'obiettivo di stabilirne la possibile applicabilità alla fusione nucleare controllata quale sorgente di energia pulita. Questa attività ha portato negli anni '70 alla realizzazione della macchina prototipo FT (FrascatiTokamak) e quindi alla macchina FTU (Frascati Tokamak Upgrade).
Quattro furono gli esperimenti di fisica del plasma del primo periodo:
- Mirapi – che produceva l'implosione di una corteccia cilindrica di plasma verso l'asse di simmetria (Z pinch cavo), mediante la scarica di un banco di condensatori. Questo esperimento si trasformò in un " Plasma Focus ", in cui operando con deuterio si producevano per reazioni di fusione 1011 neutroni per impulso, una sorgente di neutroni molto potente. Mediante il Plasma Focus era possibile studiare le leggi di scala per la produzione di neutroni in funzione della tensione e della capacità del banco di induttori.
- Mirapino – in cui si studiava l'efficienza di compressione di un campo magnetico sulla corteccia di plasma.
- Hot Ice – in cui venivano studiate le proprietà di un plasma denso, irraggiando un cilindretto di deuterio solido mediante intensi fasci di luce laser.
- Mafin – in cui gli alti campi magnetici, dell'ordine dei megagauss, necessari per ottenere la fusione venivano realizzati mediante implosioni sollecitate da esplosivi convenzionali.
Ulteriori esperimenti furono:
- Cariddi (un Theta pinch) - che permetteva lo studio delle onde d'urto idromagnetiche mettendo in evidenza le onde d'urto oblique e la struttura del fronte d'onda.
- Macchina Q –che studiava la dinamica delle onde d'urto in un plasma alcalino.
- TTF (detto "torello") - un piccolo tokamak utilizzato per lo studio del riscaldamento turbolento del plasma in una configurazione toroidale.
A questo insieme di esperimenti si aggiungevano gli studi sulla conversione diretta di energia nucleare in energia elettrica. Il "metodo magnetoidrodinamico" prevedeva l'uso di un gas nobile e un metallo alcalino a temperatura elevata (2000Kelvin) e quindi la necessità di acquisire conoscenza del comportamento dei materiali ad altissime temperature. Obiettivo finale era prevedere realisticamente le prestazioni di convertitori di grandi dimensioni.
Nel 1977 entrò in funzione la macchina FT, Frascati Tokamak, un apparato sperimentale di forma toroidale per lo studio della fusione termonucleare controllata caratterizzato dalla compattezza, dall'alto valore del campo magnetico (10 Tesla), da corrente elevata e dal particolare metodo di riscaldamento supplementare del plasma mediante onde elettromagnetiche a radiofrequenza.
modello di FT
Parametri del Tokamak FT ( Frascati Tokamak ):
Campo Magnetico 10 Tesla
Corrente di Plasma 1 MA
Raggio maggiore 0.83 m
Frascati Tokamak Upgrade (FTU)e' entrato in operazione nel 1989. FTU si basa sulle stesse caratteristiche di FT, cioe' macchina compatta ad alto campo magnetico, ma offre una superficie di accesso al plasma molto maggiore di quella su FT, per permettere un sostanziale riscaldamento del plasma, con sistemi di iniezione di potenza a radiofrequenza. Tre sistemi diversi caratterizzati dalla loro frequenza (433MHz, 8GHz e 140Ghz) possono accoppiare al plasma fino a 9.2 MW di potenza addizionale. In questo modo si pensa di poter aumentare la temperatura del plasma ad alta densita' fino a valori di 50-100 milioni di gradi.
Vista dall'alto del tokamak FTU
Parametri di Frascati Tokamak Upgrade
Campo Magnetico 8 Tesla
Corrente di Plasma 1.6 MA
Raggio maggiore 0.92 m