Istituto di fisica del plasma „Max Planck“

Presentazione sul tema: "Istituto di fisica del plasma „Max Planck“"— Transcript della presentazione:

1 Istituto di fisica del plasma „Max Planck“
1 Istituto di fisica del plasma „Max Planck“ Fusione nucleare – Ricerca sull'energia del futuro Status: 2018

2 Istituto di fisica del plasma „Max Planck“
2 Istituto di fisica del plasma „Max Planck“ Photo: IPP IPP nel campus di Garching

3 Istituto di fisica del plasma „Max Planck“
1960: fondazione 1994: fondazione dell‘istituto distaccato di Greifswald dell'IPP 1100 dipendenti: 700 a Garching, 400 a Greifswald Budget: 125 milioni di euro (2017) Esperimenti: - ASDEX Upgrade (Garching) - Wendelstein 7-X (Greifswald) Organizzazione: - istituto della „Società Max Planck“ - membro del programma europeo della fusione „EUROfusion“ - membro associativo della società „Helmholtz“ Obbiettivo: studiare i fondamenti fisici per una centrale a fusione 3

4 Video: Fusione 2100 Una classe nel 2100 guarda retrospettivamente allo svilupo della ricerca sulla fusione Photo: IPP to the video 

5 Fusione – la sorgente di energia del sole
Nel sole ogni secondo vengono fuse 564 milioni di tonnellate di idrogeno generando 560 milioni di tonnellate di elio. Ogni secondo, 4 milioni di tonnellate di materia vengono convertite in energia e irraggiate. Photo: ESA & NASA

6 La fusione nucleare sulla terra
Combustibile: Idrogeno pesante e superpesante: D + T = 4He + n Deuterio Trizio Graphic: Wykis, Wikipedia; IPP Elio Neutrone

7 La fusione nucleare sulla terra
Deuterio: si può ricavare dall'acqua di mare Trizio: si può ricavare dal litio (crosta terrestre, oceani) 6Li + n = 4He + T 7Li + n = 4He + T + n Le riserve potrebbero durare per milioni di anni

8 (batteria di un notebook)
Le reazioni di fusione hanno un elevato rendimento 40 tonnellate di carbone (320,000 kWh) Deuterio in 40 litri d'acqua 5 g di litio (batteria di un notebook) Graphic: IPP

9 Il problema I nuclei sono carichi positivamente.
Per la fusione devono: • superare la repulsione elettrostatica ed arrivare a essere sufficientemente vicini per sentire le forze nucleari * temperatura di qualche 100 million °C • interagire frequentemente * necessario confinemento Deuterio Trizio + + + + Elio Neutrone

10 Che aspetto ha la materia a 100 milioni di gradi?
solido fluido gassoso plasma temperatura Graphic: IPP

11 I plasmi hanno proprieta’ simili ai gas…
Obbediscono alle leggi della termodinamica, per esempio alla legge dei gas perfetti… Temperatura: misura dell’energia media, ovvero della velocita’ media delle particelle del plasma. Densità: misura del numero medio di particelle nel plasma.

12 …ma sono composti da particelle con carica.
Obbediscono alle leggi dell’elettrodinamica, per esempio alle equazioni di Maxwell… rispondono ai campi elettrici e magnetici. La forza di Lorentz provoca un moto a spirale lungo le linee di campo Il moto parallelo al campo magnetico non è influenzato Piegando le linee di campo ad anello Confinemento senza contatto con le pareti Graphic: IPP

13 Come imbottigliare il plasma? 1. Il Tokamak
Il campo magnetico di un tokamak è prodotto da: Bobine apposite Corrente di plasma La corrente di plasma è indotta (da un transformatore) Operazione pulsata Per esempio: ASDEX Upgrade a Garching Graphic: IPP

14 ASDEX Upgrade a Garching
1414 ASDEX Upgrade a Garching Operativo dal 1991 Obiettivo: fisica del plasma in condizioni simili a quelle di una centrale Preparazione e support per il reattore sperimentale internazionale ITER Photo: IPP, Volker Steger

15 ASDEX Upgrade – camera di plasma
Photo: IPP, Volker Rohde Go to the panorama  15

16 ASDEX Upgrade – scarica di plasma
1616 ASDEX Upgrade – scarica di plasma Photo: IPP

17 Come imbottigliare il plasma? 2. Lo Stellarator
Tutto il campo magnetico e‘ prodotto da magneti esterni. I magneti sono molto complessi. „steady state operation“, ovvero durata illiminata della scarica. Per esempio: Wendelstein 7-X a Greifswald Inizio delle operazioni: 10 Dicembre 2015 Graphic: IPP

18 Wendelstein 7-X a Greifswald
1818 Wendelstein 7-X a Greifswald Photos: IPP Camera di plasma Magneti superconduttori

19 Costruzione di Wendelstein 7-X
Photo: IPP, Bernhard Ludewig Maggio 2014: conclusa la costruzione primaria 19

20 Wendelstein 7-X – primo plasma di idrogeno
Photo: IPP Cerimonia di inaugurazione, 3 Febbraio 2016 20

21 Wendelstein 7-X – primo plasma di idrogeno
Photo: IPP 3 Febbraio 2016 21

22 Scopo della ricerca sulla fusione
Plasma „acceso“: Raggiunta l'ignizione, le reazioni di fusione mantengono la temperatura necessaria da sè (nuclei di elio). I neutroni portano alle pareti l'energia utilizzabile. Condizioni: Temperatura: circa 200 milioni di gradi Densità: 1/ dell'aria (circa 3 bar di pressione) Tempo di confinamento dell'energia: qualche secondo

23 Qual è lo stato della ricerca sulla fusione oggi?
Record: lo detiene il „Joint European Experiment“ JET • 1991 Energia da fusione termonucleare (D-T) per la prima volta la mondo. • 1997: 16 megawatts. • Fattore di guadagno Q = 0.61 Solo il reattore sperimentale ITER produrrà più energia di quanta ne serva per scaldare il plasma Fattore di guadagno: Q = 10 Graphic: IPP

24 Sito di ITER (Luglio 2017) Graphic: ITER Organisation

25 La centrale a fusione Graphic: IPP, Karin Hirl L'energia di fusione potrebbe essere disponibile dalla metà del 21esimo secolo, in caso di successo della ricerca

26 Sicurezza e impatto ambientale
• Zero emissione di gas serra • Litio, deuterio e elio: non radioattivi • Trizio: radioattivo (T1/2 = 12.3 anni) solo 2 grammi nel reattore. • Al contrario delle centrali a fissione 1) Niente reazioni a catena 2) Niente meltdown del nocciolo • In caso di incidente i processi di fusione terminano immediatamente Una futura centrale a fusione non conterrà sorgenti di energia che possano distruggere un contenitore dal di dentro. L'impianto sarà sicuro in senso passivo.

27 Rifiuti • I neutroni della fusione attivano le pareti ⇒ controllabile con la scelta die materiali delle pareti • Il potenziale rischio biologico è basso • L'attività decresce rapidamente: Dopo circa 100 anni parte die materiali verrebbe riutilizzata per nuove centrali, il resto sarebbe eliminabile • in caso di riciclaggio di materiale non occorre un deposito finale Graphic: IPP

28 Abbiamo bisogno dell'energia dalla fusione?
Rinnovabili e altre idrolettrica Energia nucleare fossile(carbone, petrolio, gas) Produzione mondiale di elettricità ( ) Graphic: IEA, Key World Energy Statistics 2016

29 Altre informazioni Introduzione alla fusione nucleare: Video, presentazioni interacttive, depliant: Su ITER: Materiale per scuole superiori: (Education) Studi sul clima: IPCC Statistiche energetiche: IEA Contatti IPP: Servizio visite: Public relations: Facebook: