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F OrsittoINFN 5 ott 20061 Energia dalla FUSIONE? Francesco Paolo Orsitto ENEA Frascati.

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Presentazione sul tema: "F OrsittoINFN 5 ott 20061 Energia dalla FUSIONE? Francesco Paolo Orsitto ENEA Frascati."— Transcript della presentazione:

1 F OrsittoINFN 5 ott Energia dalla FUSIONE? Francesco Paolo Orsitto ENEA Frascati

2 F OrsittoINFN 5 ott IL sole e’ Un reattore a fusione di grandi dimensioni

3 F OrsittoINFN 5 ott Scopo delle ricerche sulla fusione e’: creare un sorgente di energia simile a quella che sostiene il sole Per ottenere energia da fusione sulla Terra dobbiamo partire da isotopi dell’idrogeno che reagiscono più facilmente: Energia di reazione >> energia di ionizzazione  il combustibile è allo stato di plasma (fluido completamente ionizzato). Le particelle alfa ( 4 He ++ ) sostengono il plasma (ignizione) se questo è abbastanza caldo, denso e ben confinato. Temperatura T >10 keV (100 milioni di gradi); densità n e tempo di confinamento  tali che n   > 2  sec/m 3.

4 F OrsittoINFN 5 ott Outline Concetti introduttivi Confinamento magnetico: proprieta’, Schema di un Tokamak Esperimenti esistenti attualmente funzionanti Programma prossimi 25 anni : ITER

5 F OrsittoINFN 5 ott Concetti introduttivi alla fusione a confinamento magnetico

6 F OrsittoINFN 5 ott Reazioni di Fusione Vengono utilizzati due isotopi dell’idrogeno: Deuterio( 1protone, 1neutrone) e Trizio( 1 protone, 2 neutroni) La reazione di fusione e’: D+T-> He 4 ( 2 protoni, 2 neutroni) +neutrone + energia Etot_fus(DT)=17.6MeV Ealfa/Efus = 1/5 He4 = particelle alfa In un reattore per rigenerare il trizio Si usa un ‘blancket’ di composti di Litio Li6 + n -> T + He Mev

7 F OrsittoINFN 5 ott Confinamento magnetico Il plasma deve essere confinato ed isolato Confinato: deve essere contenuto stabilmente Isolato : deve essere controllata la interazione con il contenitore che possa deteriorare le condizioni del plasma, per esempio aumentando le impurezze Le particelle spiralizzano attorno al campo in traiettorie con un raggio transverso  = m Vperp / eB

8 F OrsittoINFN 5 ott tokamak In un plasma contenuto in un device toroidale con un campo magnetico assiale viene fatta fluire una corrente indotta da un trasformatore: risulta un campo magnetico con linee elicoidali che si chiudono su se stesse dopo un numero intero di giri in certe posizioni dette superfici razionali.

9 F OrsittoINFN 5 ott Potenza dalla fusione a confinamento magnetico P fusione =1/4 n ion 2 E fusione ~ (nT) 2 ~ T 2. P fusione = 1.08  2 B 4. MW/m 3.  =2 nT / (B 2 /2  0 ) = [pressione totale(ioni+elettroni) cinetica ] /pressione magnetica Per es. (B 2 /2  0 ) = 1 B=0.5T Tipico valore di beta  ~1-10%

10 F OrsittoINFN 5 ott Tempo di confinamento  E. Tempo caratteristico (  E ) della Perdita di energia per conduzione termica e’ definito: P L = 3nT/  E.= ((3/2)n e T e +(3/2)n i T i )/  E Legge di scala confinamento magnetico per tokamaks ( H-mode) (Energia media/ grado di liberta’=1/2 T)

11 F OrsittoINFN 5 ott FUSIONE: Obiettivi Pareggio energia (Q=1) Ignizione (Q>10) (n   T) MIN ~10 21 m -3 s keV  E ~1s, T~10keV,n~10 20 m -3.

12 F OrsittoINFN 5 ott Pfusione = 1.08  2 B 4. MW/m 3. D+T→  MeV  + n(14.1MeV) Le particelle  sono particelle cariche, restano nel plasma e riscaldano il plasma,cedendo la loro energia per rilassamento collisionale. I neutroni possono essere utilizzati per ricavare energia.  limitato dalla stabilita’MHD  E limitato/regolato Dal trasporto turbolento Commenti su Pfus vs (limiti di) beta

13 F OrsittoINFN 5 ott Progressione di 5 ordini di grandezza nel fattore di merito n  T della Fusione in 30 anni di sperimentazione n  T cresciuto piu’ velocemente della energia degli acceleratori e della velocita’ di calcolo

14 F OrsittoINFN 5 ott Regimi operativi del plasma di un tokamak: corrispondenza Profili di corrente ↔ profili di pressione q~B/I Profili di pressione = nT E Joffrin and X Garbet Conf IAEA 2004

15 F OrsittoINFN 5 ott Macchine attualmente funzionanti

16 F OrsittoINFN 5 ott Esperimenti sulla fusione in Italia RFX (Padova) Raggio maggiore R= 2 m Raggio minore a = 0.5 m Campo toroidaleB = 0.7 T FTU (Frascati) Raggio maggiore R= 0.94 m Raggio minore a = 0.3 m Campo magnetico B = 8 T

17 F OrsittoINFN 5 ott JET(Joint European Torus) EFDA Culham science centre Oxfordshire(UK)

18 F OrsittoINFN 5 ott JET:La piu’ grande macchina Tokamak funzionante; corredata di impianti per operazione in DT Interno del JET senza plasma con plasma

19 F OrsittoINFN 5 ott Riscaldamento dovuto alle particelle alfa JET DT1

20 F OrsittoINFN 5 ott Programma futuro

21 F OrsittoINFN 5 ott Il progetto ITER R = 6.2 m B = 5.3 T Obiettivi: Studiare plasmi parzialmente sostenuti dai prodotti di reazione. Integrazione degli scenari (controllo, confinamento, carichi termici). Sviluppo della tecnologia. ITER deve dimostrare la fattibilita’ Scenario con Q=10 in H-mode Produrre 450MW di potenza

22 F OrsittoINFN 5 ott Ruolo di ITER

23 F OrsittoINFN 5 ott ITER ITER verra’ costruito a Cadarache ( sud- Francia, vicino Aix en Provence) L’inizio della costruzione previsto nel 2007 ITER e’ una collaborazione internazionale tra EU, USA,JA,RF,Cina,Corea Costo stimato 6BEURO Tempo stimato per la costruzione 8anni Durata stimata di funzionamento 20 anni


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