FUSIONE NUCLEARE, ITER E DEMO.

La Fusione nucleare è considerata una forma di energia pulita dal punto di vista delle emissioni e una fonte di energia primaria. Infatti, consiste nella reazione di due o più nuclei atomici di elementi presenti in natura: Deuterio e Trizio, due isotopi dell’idrogeno H.

Lo scopo è riprodurre l’energia del Sole e di altre stelle all’interno di reattori che permettono di confinare magneticamente la reazione in stato di plasma. Il Tokamak è un tipo di reattore con camera toroidale e rappresenta uno dei candidati più promettenti, nel mondo della ricerca, per la produzione di energia a fusione controllata.

Il progetto ITER è un programma internazionale che coinvolge 35 nazioni ed è l’esperimento di fusione più grande e avanzato del mondo. ITER sarà il primo dispositivo di confinamento magnetico a produrre un surplus netto di energia, è stato progettato per generare 500 MW di potenza con una potenza iniettata di 50 MW. L’obiettivo di ITER è studiare le tecnologie per una centrale elettrica a fusione e di dimostrarne sia la fattibilità che l’integrazione con un impatto ambientale sicuro. 

Gli esperimenti su ITER saranno utili per la progettazione del suo successore, cioè DEMO. DEMO sarà un reattore circa il 15% più grande di ITER e che segnerà un passo importante per le nostre risorse energetiche. Il suo compito sarà produrre energia – con una potenza di almeno 2GW su base continua – che verrà poi immessa nella rete.

NIER è da anni coinvolta in attività all’interno del progetto ITER e ha avuto l’occasione di presentare due lavori sulla fusione nucleare durante la conferenza SOFT-32 che si è tenuta lo scorso settembre a Dubrovnik. 

EUROFUSION – DEMO DIVERTOR – COST ESTIMATE*

Uno dei sistemi più complessi di DEMO è il Divertor. Qual è la sua funzione? Estrarre energia dal plasma e raffreddare i suoi componenti. In questo contesto, la valutazione del costo di una produzione in serie di un componente come il Divertor è fondamentale nelle scelte di design. Gli obiettivi dell’attività che abbiamo presentato abbraccia sia la definizione di una strategia di fabbricazione – il processo di assemblaggio – sia definire una stima dei costi sui materiali e sulle tecnologie da adottare per ogni singola operazione: taglio, saldatura e trattamenti termici. Per la stima dei costi è stato sviluppato un programma che integra un metodo analitico e che sfrutta i dati sperimentali come database di informazioni con un metodo parametrico che permette di applicare lo stesso processo di calcolo ad altri sistemi. Lo scopo è avere un software capace di fare una valutazione preliminare dei costi partendo dal modello 3D del componente.

*in collaborazione con:

NIER con Ugo Bonavolontà

ENEA, Department of Fusion and Technology for Nuclear Safety and Security, Frascati, Italy

Max Planck Institute of Plasma Physics, Boltzmann Str. 2, 85748 Garching, Germany

CREATE/University of Naples, Industrial Engineering, Piazzale Tecchio 80, 80125 Napoli, Italy

CEA-DEN-Service d’études mécaniques et thermiques (SEMT), Université Paris-Saclay, F-91191 Gif sur Yvette, France

Department of Industrial Engineering, University of Rome “Tor Vergata”, Via del Politecnico 1, Roma, Italy

Department of Engineering and Architecture, University of Trieste, Via Alfonso Valerio, 6/1, 34127 Trieste, Italy

RINA Consulting, Centro Sviluppo Materiali S.p.A. Via di Castel Romano, 100, 00128 Rome, Italy

STATUS OF JADE, A SOFTWARE FOR NUCLEAR DATA LIBRARIES V&V

Un’altra necessità fondamentale per ITER è quella di poter simulare come i neutroni ad altissima energia, prodotti dal processo di fusione, si diffondano nel reattore e negli edifici circostanti. Questo permette, tra le altre cose, di definire una mappa di sorgente di calore sull’intera macchina e di calcolare in diverse zone quali saranno i livelli di radiazione residui una volta spenta la macchina.

Alla base di queste simulazioni, ci sono quelle che vengono definite “librerie nucleari”, cioè delle collezioni di dati che caratterizzano l’interazione delle diverse particelle con la materia. La produzione di queste librerie è un processo lungo e complesso, che necessita di una profonda attività di Verifica e Validazione. Il lavoro che abbiamo presentato tratta esattamente di questo tema, in quanto presenta gli ultimi sviluppi riguardanti JADE: un software open source scritto in python che si occupa proprio della verifica e validazione massiva e automatica di librerie nucleari. Questo software è il risultato di una collaborazione fra NIER, l’Università di Bologna e Fusion For Energy nell’ambito di un progetto di dottorato industriale.