ITER completa finalmente il suo sistema magnetico


Da due decenni il progetto ITER procede con determinazione verso la realizzazione di un’impresa scientifica senza precedenti: il raggiungimento della fusione nucleare controllata come fonte di energia. Con sede nel sud della Francia, ITER ha recentemente raggiunto un traguardo importante con la consegna delle diciannove enormi bobine toroidali, una pietra miliare nella storia del progetto.

Introduzione a ITER

Il reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) è un’ambiziosa impresa globale che coinvolge 35 nazioni. Il suo obiettivo principale è costruire a tokamakun reattore a fusione nucleare a forma di ciambella, per studiare la fattibilità della fusione come futura fonte di energia. A differenza della fissione nucleare che comporta la scissione dei nuclei pesanti per rilasciare energia, fusione nucleare fonde i nuclei leggeri, liberando così a enorme quantità di energia producendo pochi rifiuti radioattivi.

Il funzionamento del tokamak si basa sulla creazione e manipolazione del plasma, un gas di particelle caricate elettricamente a temperature molto elevate. In ITER ciò avviene in a camera toroidale dove gas combustibili come l’idrogeno vengono riscaldati a temperature estremamente elevate, che raggiungono fino a 150 milioni di gradi Celsius. Gli atomi di idrogeno si trovano quindi in uno stato di plasma in cui gli elettroni si dissociano dai nuclei, creando un gas ionizzato.

Per mantenere questo plasma ad alta temperatura ed evitare che tocchi le pareti del reattore, ITER utilizza una complessa serie di magneti superconduttori. Questi magneti toroidali, diciannove in totale, circondano la camera del tokamak e generano un intenso campo magnetico. Quest’ultimo intrappola il plasma, lo allontana dalle pareti del reattore e lo mantiene stabile, consentendo così di prolungare la durata delle reazioni di fusione.

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Queste bobine toroidali vengono inoltre raffreddate a una temperatura estremamente bassa, intorno a -269 gradi Celsius, appena sopra lo zero assoluto, per raggiungere uno stato di superconduttività. Le bobine possono quindi generare forti campi magnetici senza resistenza elettrica, riducendo al minimo le perdite di energia e massimizzando l’efficienza del reattore.

Avanzamenti nella costruzione e prospettive

Dopo due decenni di progettazione, produzione, fabbricazione e assemblaggio in tre continenti, lo storico progetto multinazionale ITER sull’energia da fusione celebra oggi il completamento e la consegna delle sue diciannove bobine massiccio campo toroidale proveniente dal Giappone e dall’Europa.

Ognuna di queste strutture, che misurano approssimativamente diciassette metri di altezza e nove di larghezza, è costituito da niobio-stagno e niobio-titanio. Tutte queste bobine funzioneranno insieme come un unico magnete: il magnete più potente mai realizzato. Quest’ultimo sarà infatti in grado di generare un’energia magnetica complessiva pari a 41 gigajouleche è 250.000 volte più potente di quello della Terra.

ITER
Come le bobine del campo toroidale si adattano al serbatoio del vuoto del tokamak (anche a misura d’uomo). Crediti: ITER

La produzione di bobine di campo toroidali

La fabbricazione di queste bobine era ovviamente complesso e meticoloso. Tutto è iniziato con la produzione di oltre 87.000 chilometri di filo di niobio-stagno in diversi paesi, tra cui Cina, Europa, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti. Il processo di produzione iniziava assemblando fili di niobio-stagno con fili di rame in una configurazione simile a una corda, quindi questi assemblaggi venivano inseriti in guaine di acciaio. Queste guaine prevedevano un canale centrale pensato per il passaggio dell’elio liquido, fondamentale per mantenere le bobine a temperature molto basse.

Il filo preparato, chiamato “conduttore”, è stato poi spedito agli stabilimenti in Giappone e in Europa per la fase di produzione principale. Questa fase prevedeva la piegatura del conduttore in un doppio percorso a spirale e il trattamento termico ad alta temperatura (650 gradi Celsius). Ogni segmento conduttore è stato inserito con precisione in una « piastra radiale » in acciaio inossidabile progettata per mantenerne la forma e garantire un adeguato isolamento.

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Per rinforzare la struttura, il conduttore è stato inoltre avvolto con nastro di vetro e Kapton, e le piastre di copertura sono state saldate al laser per formare un “doppio pancake”. La resina è stata quindi iniettata in questa struttura complessa per eliminare potenziali sacche d’aria e migliorare la resistenza complessiva. Ciascun doppio pancake è stato assemblato con altri sei per formare un “pacco di avvolgimento” che costituisce il cuore di ciascuna bobina di campo toroidale. Ogni fase del processo, compreso l’isolamento, il trattamento termico e l’iniezione della resina, è stata eseguita con estrema precisione per garantire la continuità elettrica e la robustezza del magnete finale.

Infine, questi pacchi di avvolgimento sono stati inseriti in massicci alloggiamenti di acciaio inossidabile, ciascuno del peso di circa 200 tonnellate. Sono stati progettati per resistere alle forze estreme generate durante il funzionamento del tokamak ITER.

Lo testimonia questo processo complesso e meticoloso, portato avanti in più continenti con un’intensa collaborazione internazionale l’ingegneria avanzata richiesta per costruire i componenti essenziali del reattore a fusione nucleare più avanzato al mondo.





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