Il progetto ITER

1.4 Il progetto ITER

ITER, acronimo per International Thermonuclear Fusion Reactor o tradotto letteralmente dal latino “la via o il cammino”, è un progetto internazionale che ha l’obbiettivo di dimostrare sperimentalmente la realizzabilità di un reattore a fusione di tipo Tokamak. ITER è il risultato di anni di accordi internazionali, degli studi di numerosi laboratori e di esperimenti condotti su più di 200 macchine di tipo Tokamak. Tra cui la macchina europea JET, Joint European Torus (Figura 1-20), tuttora in funzione in Inghilterra e di cui ITER è il successore.

1.4.1 La storia

La storia di ITER e l’inizio della ricerca internazionale sulla fusione viene collocata nel Novembre del 1985 al “Superpower Summit”, durante l’incontro tra l’allora presidente americano Ronald Regan e il Segretario generale del soviet supremo Mikhail Gorbachev. I due leader mondiali, che si incontravano per la prima volta al termine della guerra fredda, si trovarono di comune accordo nel ritenere l’energia da fusione un’inesauribile fonte di energia per il beneficio dell’umanità (“an inexhaustible source of Energy for the benefit of mankind”). Nel successivo summit di Reykjavik (Islanda) l’11-12 Ottobre del 1986 si raggiunse l’accordo tra Unione Europea (Euratom), Giappone, Unione sovietica e USA per iniziare il progetto di un grande impianto internazionale di ricerca sulla fusione. Così nell’aprile del 1988 a Garching (Germania), presso il Max Planck Institut für Plasmaphysik (IPP), 50 staff di professionisti rappresentanti di tutte le parti si riunirono per formare il CDA - Conceptual Design Activities, con l’obbiettivo di definire le caratteristiche tecniche del progetto e le risorse necessarie alla sua realizzazione. Sotto la guida dell’IAEA (International Atomic Energy Agency) il CDA si riunì per sei mesi all’anno fino al 1990. Nello stesso anno di inizio dei lavori del CDA, l’ultima versione di tokamak sovietico il T-15 (erede del primo tokamak T-1 costruito nel 1958) entrava in funzione. Il 9 Novembre 1991 esattamente dieci anni prima che il progetto ITER prendesse il via ufficiale, il JET, raggiungeva per la prima volta il traguardo della fusione producendo una potenza da fusione termonucleare tra gli 1.5 e i 2 MW. A livello internazionale fu annunciato: "a significant amount of power has been obtained from controlled nuclear fusion reactions", una significativa quota di potenza è stata ottenuta da una reazione nucleare a fusione controllata. Su questa spinta il 21 luglio del 1992 a Washington DC (USA) sulla base delle specifiche definite dal CDA iniziano i lavori dell’ ITER-EDA (Engineering Design Activities). In tre sedi mondiali: San Diego (USA), Garching (Germania), and Naka (Giappone), iniziava il design concettuale dell’esperimento. Canada e Kazakhistan sono coinvolti nel progetto rispettivamente dall’Euratom e dalla federazione russa. Nel frattempo si battono nuovi record.

• Dicembre 1994, il TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) a Princeton (New Jersey), produce 16MW di Potenza da fusione.

• 1995 sempre il TFTR, riesce a produrre un plasma da 510 milioni di gradi K

• Nel 1997 il JT-60 (Japanese Tokamak) operante a Naka, migliora di 10000 volte i risultati ottenuti in trent’anni di ricerca ottenendo le migliori condizioni di prodotto triplo.

• Nel dicembre dello stesso anno JET batteva altri tre record producendo 22MJ di energia da fusione, 16MW di potenza in un solo impulso, ottenendo una potenza pari al 65% di quella spesa.

In Figura 1-34 sono indicati per ogni macchina le condizioni operative raggiunte nel tempo. Nel 1998 sei anni dopo l’inizio dei lavori dell’ITER-EDA, il consiglio di ITER approva il progetto definitivo dell’esperimento. Spaventati dal costo gli Stati Uniti decidono di ritirarsi e il sito di San Diego conclude la sua attività. Nonostante questo gli studi e le ricerche proseguono e nel 2001 viene definito e approvato il nuovo schema “ITER-FEAT”: oltre a mantenere intatto la maggior parte del programma precedente sono introdotte delle misure volte al contenimento dei costi. È a questo punto che simbolicamente dal significato di ITER come International Thermonuclear Experimental Reactor si associa un significato più profondo, “la via”. Il 10 gennaio del 2003 la Cina fa richiesta di entrare nel progetto, il 30 gennaio del 2003 rientrano gli Stati Uniti e 6 mesi dopo anche la Korea chiede di partecipare. ITER inizia ad assumere un carattere sempre più mondiale. Nello stesso anno iniziano gli accordi per la ricerca del sito di costruzione. Nel febbraio del 2005 l’Euratom e il Giappone siglano un accordo più ampio nella ricerca per sfruttare le conoscenze del progetto ITER e alla sua conclusione puntare a DEMO il reattore commerciale. Nel giugno del 2005 dopo numerosi negoziati viene scelto il sito ufficiale per la costruzione di ITER, Cadarace nel sud della Francia (Figura 1-25). Dove il 15

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dicembre del 2005 viene inaugurato il "Joint Work Site". Contemporaneamente anche l’India si unisce al progetto diventando il settimo partner partecipante. Il 21 Novembre 2006 all’Eliseo a Parigi viene siglato dai sette partecipanti, l’Unione Europea, Stati Uniti d’America, Federazione Russa, Giappone, Cina, Corea e India, l’accordo ufficiale per la costruzione di ITER. Alla firma sono presenti il Presidente francese Jacques Chirac, il presidente della Commissione Europea José Manuel Barroso e 400 invitati comprese le alte cariche rappresentative di ITER e degli stati membri dell’unione europea.

Figura 1-25: posizione geografica del sito di costruzione del progetto ITER, a Cadarache nel

sud della Francia

Figura 1-26: sito di costruzione del progetto ITER a Cadarache nel sud della Francia a settembre 2011

Nel gennaio del 2007 hanno inizio ufficiale i lavori a Cadarache con la preparazione dei 90 ettari di superficie. E nell’ottobre dello stesso anno viene ufficializzata la ITER Organization per seguire tutte le fasi di studio, progettazione, e costruzione. Nella cartina di Figura 1-25 è indicata la posizione geografica del sito per ITER. In Figura 1-26 si mostra come si presentava il sito di costruzione nel settembre 2011. Mentre in Figura 1-27 è presentata una ricostruzione di come si presenterà il sito una volta ultimato.

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1.4.2 I lavori di costruzione

Dal 2011 al 2015 i lavori di costruzione proseguono, accompagnati da modifiche progettuali, e numerosi accordi internazionali per la produzione di componenti e per il trasporto degli stessi. Dalla Figura 1-28 alla Figura 1-33 sono mostrate alcune fasi di costruzione dell’impianto.

Figura 1-28: Febbraio 2011, è completato lo scavo per la costruzione della piattaforma antisismica dove costruire

la camera del Tokamak

Figura 1-29: Agosto 2011, inizia la gettata per le fondamenta dell’edifcio del Tokamak

Figura 1-30: Dicembre 2011, è completato il primo edificio del complesso, l’impianto per la costruzione in

loco delle bobine poloidali.

Figura 1-31: Aprile 2012, completamento delle fondamenta antisismiche dell'edificio del Tokamak

Figura 1-32: Settembre 2012, completamento del quartier generale di ITER, un edificio di 20500 metri quadrati.

Figura 1-33: Aprile-Maggio 2015, stato dei lavori di costruzione dell’edificio di contenimento del Tokamak

In Figura 1-35 viene presentato lo schema del Tokamak di ITER, mentre in Tabella 1-F si danno le principali grandezze dell’esperimento. ITER non utilizzerà la potenza prodotta dalle reazioni di fusione per produrre energia elettrica, il suo compito sarà di registrarne i dati per il progetto del futuro reattore e di testare ogni singolo componente, ecco perché nel progetto sono incluse un numero considerevole di sistemi per la misura e la diagnostica. Per fornire la potenza esterna necessaria alla reazione è prevista l’installazione di tre iniettori di fasci di neutri (NBI), (2 attivi da subito + uno aggiuntivo se necessario) in grado di erogare una potenza di 16.5MW l’uno, e due antenne per il riscaldamento a radiofrequenza l’ECRH (Electron Ciclotron Radiofrequency Heating) e l’ICRH (Ion Ciclotron Radiofrequency Heating) entrambe con la possibilità di erogare una potenza di 20MW. Per i principi di funzionamento dei sistemi di riscaldamento addizionali su cui si sviluppa la tesi si rimanda al paragrafo 1.5.

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Figura 1-34: Valori del triplo prodotto che caratterizza le macchine da fusione, valori raggiunti nell’arco temporale dal 1965 fino ad oggi.

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Figura 1-35: schema di ITER, in basso a destra è posizionata una persona per capire le dimensioni della struttura.

Tabella 1-F: Grandezze caratteristiche di ITER

Total thermonuclear

power ^{500 MW}

External Power for

plasma heating ^50MW Q (gain factor) >10 Pulse time 400-3600 s Maximus torus radius (R) ^{6.2 m} Minimun torus radius (a) ^{2 m} Plasma current 15 MA Toroidal magnetic field intensity ^{5.3 T} Plasma volume 837 m2 Plasma surface 678 m2

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