Il progetto ITER

Non potevo iniziare questo articolo se non con la famosissima citazione del Dottor Otto Gunther Octavius, o come lo conosceranno i più, Doctor Octopus in Spiderman 2.

In un periodo di crisi energetica, ho pensato che fosse carino scrivere e spendere due parole (magari anche un po’ più di due) su un progetto importante per il nostro futuro.

Che cosa è il progetto ITER? Si con l’acronimo si sono divertiti a giocare con il significato latino della parola ossia “percorso” o “cammino”. Infatti il motto del progetto è “The way for new energy”. E’ un consorzio formato da Unione europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d’America, India e Corea del Sud.

Comunque, ITER sta per International Thermonuclear Experimental Reactor ed ha come target quello di dimostrare la fattibilità e la convenienza energetica della fusione nucleare, praticamente quella che alimenta il nostro Sole.

L’enorme complesso a Caradache, in Francia. 300 ettari di magnificenza cantieristica

“Ommioddio questi vogliono costruire un gigantesco reattore nucleare nel sud della Francia! Ma siamo matti? Le centrali nucleari sono un male!!!!”

Calma calma piccolo caro cucciolo di foca. Qui si sta parlando di un reattore a fusione nucleare e non a fissione come quelli che vengono attualmente utilizzati per produrre energia. La differenza dove sta? Nel fatto che in quelli tradizionali, atomi pesanti vengono spaccati in due e l’energia liberata sotto forma di calore va a scaldare la classica acqua che si trasforma in vapore ed aziona una turbina. Nei reattori a fusione invece, atomi leggeri (idrogeno nel nostro caso) vengono costretti a fondersi in atomi di elio liberando una grande quantità di energia.

Perchè non li abbiamo costruiti subito così allora, direte voi? Eh perchè se già quelli a fissione sono abbastanza complicatucci da costruire e gestire (c’è quel piccolissimo problema che le scorie radioattive non sono particolarmente salutari per l’uomo e l’ambiente…) quelli a fusione lo sono ancora di più.

Per farla breve, gli atomi di idrogeno non è che abbiano particolarmente voglia di avvicinarsi e fondersi. Si respingono tra di loro, avendo una carica nucleare identica. E’ come avvicinare due calamite dallo stesso polo, non ce la farete mai. O se volete fare un parallelismo con l’attuale campagna elettorale è come mettere Calenda ed il PD sotto lo stesso tetto. Per far unire questi nuclei, servono temperature e pressioni elevatissime, tipiche appunto delle stelle. Immaginerete quindi che non è particolarmente semplice da realizzare sulla terra, anche per il fatto che nessun materiale esistente attualmente resisterebbe a quelle condizioni. Allora come si fa? Beh qualche escamotage si è trovato.

Intanto, all’interno di un ciambellone chiamato TOKAMAK (camera toroidale a spire magnetiche, inventato dai russi Andrej Sacharov ed Igor Tamm nel 1957) , verrà iniettata a grande velocità e pressione una miscela di due isotopi dell’idrogeno, il deuterio ed il trizio. Questa miscela, attraverso un complesso sistema ad induzione, verrà ionizzato e portato ad alta temperatura generando così il plasma per la fusione. In più, verrà ulteriormente riscaldato dall’iniezione di idrogeno ad alta velocità, alzando la temperatura semplicemente per impatto di atomi contro atomi. Praticamente una rissa da bar atomica. No ragazzi, il plasma non è il motore delle mini 4wd Tamiya di quando eravamo piccoli. Per plasma si intende un gas ionizzato, la cui carica è complessivamente neutra, ma una porzione di elettroni sono “svincolati” dai rispettivi atomi. E’ il quarto stato della materia, bitches!

L’interno del ciambellone TOKAMAK coreano KSTAR che ha raggiunto i 100 milioni di gradi per 20 secondi, più o meno la temperatura della mia auto quando sta per una giornata al sole in estate

Come dicevamo prima comunque, nessun materiale riesce a resistere alle temperature estreme di questo tipo, quindi? Beh, di fatto il plasma non tocca mai la superficie del reattore, ma viene confinato “a mezz’aria” per così dire, all’interno di un toroide in cui viene applicato un potentissimo campo magnetico.

Comunque l’interno del reattore subirà un certo riscaldamento, ma il rivestimento in tungsteno verrà raffreddato da un circuito ad acqua che asporterà il calore in eccesso. Tra l’altro, il campo magnetico viene generato da magneti superconduttori che sono raffreddati a temperature vicine a quello dello zero assoluto, circa -270 °C, quindi il reattore sarà contemporaneamente il luogo più caldo e tra i più freddi dell’intero pianeta. Una dicotomia termica che trovo assolutamente affascinante.

Si stima che per portare a temperatura il plasma, servano circa 300 MW di potenza in corrente continua, mentre altri 100 dovranno essere utilizzati per il funzionamento di tutti i sistemi ausiliari. Insomma, una bella quantità di corrente che farebbe schizzare la bolletta elettrica alle stelle. L’obiettivo è quindi andare in guadagno energetico. L’energia della fusione dovrà risultare quindi maggiore di quella spesa per l’avvio del reattore, altrimenti saremmo un po’ scemotti no?

Ah quasi dimenticavo. Visto che il plasma ha un carattere un po’ irrequieto, all’interno del toroide si potrebbero generare zone di instabilità ad alta energia, che potrebbero mandare tutto a remengo. Per evitare ciò, si è studiato un sistema a “cannone” di proiettili di deuterio e neon congelati da sparare nelle zone di instabilità per moderarle e riportarle sulla retta via. We choose VIOLENCE. (Semicit. Cersei Lannister).

Ok ma che temperatura raggiungerà il reattore durante il suo utilizzo? Beh si stima essere intorno ai 150 milioni di gradi celsius. No, non vi basteranno le presine dell’IKEA per toccarlo.

Per quanto riguarda il bilancio energetico, i valori vanno dai 620 MW di energia da spendere per il funzionamento del reattore, ai 500-700 MW in uscita. Come dicevamo all’inizio, il progetto serve solo a testarne la fattibilità. Infatti ITER non andrà mai in “produttività”, non genererà mai cioè, energia elettrica per il consumo “domestico”. Servirà solo come apripista per la costruzione di reattori commerciali, che dovrebbero, secondo le stime, intorno al 2050 con il primo reattore DEMO (la fase successiva al progetto ITER, che produrrà energia da fusione per 2.50-5 GW).

L’alloggiamento del TOKAMAK in costruzione

Il primo plasma di fusione di ITER verrà “acceso” invece intorno al 2025. Insomma, la fusione nucleare è appunto l’energia del futuro. Serviranno ancora molti anni prima l’umanità possa sfruttare quella che a tutti gli effetti è l’energia delle stelle. Sicuramente è un impegno concreto e vale la pena di spendere energie e denari (letteralmente entrambi, tra l’altro), per un obiettivo del genere. Questo tuttavia non esime l’uomo da percorrere parallelamente tutta una serie di altre strade per avere un sostentamento energetico più sostenibile e sicuro dal punto di vista economico ed ambientale. Si deve sicuramente migliorare l’efficientamento energetico di case ed industrie, diminuire l’utilizzo di combustibili fossili, puntare sulle energie rinnovabili e risparmiare il consumo d’acqua il più possibile. Abbiamo consumato troppe risorse in questi decenni e gli effetti sono ormai sotto gli occhi di tutti, basti pensare ai cambiamenti climatici evidenti (a tal proposito, un articolo veramente ben fatto della collega Giulia Baruzzo a questo LINK).

Per quanto riguarda i costi di questo simpatico giocattolino, comunque, la spesa iniziale prevista era di circa 10 miliardi di euro, rivisti al rialzo al 15 tre anni fa. Di fatto si spendono solo per l’esercizio annuale circa 250-300 milioni di euro. Insomma, lo sforzo che la comunità internazionale sta compiendo anche in termini economici è oggettivamente notevole, sintomo che puntare sulla fusione non è uno specchietto per le allodole ma una solida realtà.

Una piccola curiosità è che circa il 60% dei contratti per lo sviluppo e la fornitura di materiali/prestazioni è stato vinto da aziende italiane. I magneti superconduttori (in Nb₃Sn e NbTi) per il TOKAMAK ad esempio sono stati costruiti da un’azienda genovese, la ASG Superconductors, a riprova del fatto che noi italiani, quando ci mettiamo a fare le cose per bene, non temiamo rivali.

Ed anche per oggi è tutto. Alla prossima puntata!