Aldo Pizzuto – Direttore Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare
La sfida della fusione, il Progetto ITER e il
superlaboratorio italiano DTT
Roma 3 aprile 2019
Giornata formazione giornalisti:
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
L'Energia del Sole e delle Stelle per
il Futuro della Terra
Una grande, affascinante sfida:
portare l’energia da fusione
Dal sole
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
E=mc2
Sulla Terra
150milioni di gradi
150milioni di gradi
2
Perché l’Energia da Fusione (1)
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La fusione è indispensabile – insieme alle rinnovabili – per un’era libera
da gas serra Grazie anche alla fusione che emette gas Elio
Dati Word Energy Organization 2018
Totale CO2 free 2040
4.476 Mtpe – 26% tot.
Totale CO2 free oggi
2.680 Mtpe – 19% tot.
Totale ad oggi14.000 Mtpe
Totale 2040 17.600 Mtpe Fonti energia primaria
3
Perché l’Energia da Fusione (2)
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La fusione è:
efficiente: con un di acqua e un di Litio energia per
3000 persone per un anno
Inesauribile
Sicura:
• nessuna emissione, nessuna ‘eredità’
pericolosa per le future generazioni
4
La Fusione: energia sicura, economica e durevole
ABBONDANTE EFFICIENTE SICURA E
SOSTENIBILE
Da:
150 kg di crosta
terrestre:
100 g di Litio
e
100 litri di
acqua:
2,5 g di Deuterio
(idrogeno)
Energia prodotta:
240.000 kWh
50 t di olio
combustibile
emissione di
150 t di CO2
Fabbisogno
annuale di
Energia
elettrica
cittadina di
2500 abitanti
No ‘MELTING DOWN’ No CO2
No scorie Cenere: ELIO Materiali riutilizzabili Dopo solo 100 anni
alternativa ai combustibili fossili che manterrebbero fino al 75% del mercato
mondiale
5 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Un programma mondiale
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La fusione è:
globale: ricerca in tutto il mondo
Disponibile per le prossime generazioni grazie ad una ‘road
map’ condivisa a a livello europeo:
ITER
DTT
Reattore Dimostrativo
6
La reazione di Fusione
D + T n + 4He + 17.6 MeV
4.8 MeV + 4He + T n + 6Li
Schema Confinamento Magnetico
7 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La Fusione: grande sfida scientifica, tecnologica,
industriale
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Miscela di gas
(‘plasma’)
da scaldare e
mantenere a 150
milioni di gradi
Magneti
superconduttori che
lavorano a
-269°C
Altissima tecnologia e
Grandi dimensioni
Schema funzionamento Reattore a Fusione a ‘Confinamento Magnetico
8
LA FUSIONE: una storia di successo
9 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Experimental
Physics
L’inizio del
programma:
una grande
intuizione
Grazie all’intuizione e la lungimiranza del Prof. D.
Palumbo
nasce il programma fusione Euratom che impegnerà tutti I
Paesi dell’Unione europea e la Svizzera
L’Italia ne è subito parte con l’ENEA e successivamente
con CNR, Consorzio RFX, Consorzio CREATE e le più
prestigiose Università
La realizzazione di esperimenti come JET, FT e FTU,
Asdex, Tore Supra, W-7X e il programma tecnologico di
ITER , una grande opportunità per l’industria: sviluppare
know-how sulla fusione. Oggi oltre 500 industrie tra cui
molte PMI seguono con interesse questo settore
Dai primi studi sui Plasmi alle conoscenze integrate
che fanno della fusione una concreta opzione per una
fonte di energia sicura inesauribile e rispettosa
dell’ambiente.
La fusione attrae le migliori risorse. La collaborazione
tra ricerca-industria-università per la formazione e il
training ne ha sancito l’eccellenza. Oggi oltre oltre 2000 in
Europa gli scienziati e I tecnici impegnati nel programma.
Prof. Donato Palumbo
Progressi scientifici JET
ITER
Opportunità per le
imprese
una comunità
scientifica di
eccellenza
LA FUSIONE: un futuro ambizioso
10 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Roma,
05/06/2017
Experimental
Physics
ITER Il reattore sperimentale, frutto di una
collaborazione mondiale, che dimostrerà la
fattibilità dell’energia da fusione
I materiali rappresentano un elemento cruciale
per massimizzare la durata di un reattore
Elemento qualificante del programma la Divertor
Tokamak Test facility che la comunità scientifica
italiana ha proposto per ridurre i costi di
investimento del reattore.
Il rettore a fusione che immetterà energia nella
rete e traccerà la strada delle filiere
commerciali
Programma
Euratom attuato
da Eurofusion
Il programma per i
materiali
DEMO
Road map verso l’energia da fusione
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 11
Il Programma fusione in Europa e Italia - Eurofusion
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 12
I partner italiani del programma fusione
Circa 600 persone FTE
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 13
ITER: un’impresa senza precedenti, in Europa grazie al
programma fusione Euratom
14 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
ITER, PIETRA MILIARE NEL CAMMINO
VERSO L’ENERGIA DA FUSIONE:
impegna 7 tra i paesi più
industrializzati: UE, Cina, Corea,
Giappone, India, Russia, Stati Uniti
Dimostrerà:
un guadagno di un fattore 10
dell’energia immessa
molte delle tecnologie necessarie
per il reattore
la sicurezza di questa fonte di
energia
ITER dovrà anche dimostrare la capacità di costruire, gestire la costruzione ed
operare un sistema tra i più complessi mai realizzati aprendo la strada ad una
filiera economica straordinaria che vede l’Italia protagonista.
ITER
Il Programma fusione in Europa e Italia – Fusion for Energy
% 9 45 9 9 9 9 9
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 15
… e inoltre: IL Broader Approach e il programma di
accompagnamento
16 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Roma,
05/06/2017
Il Broader Approach, un accordo di
collaborazione UE-Giappone:
JT60-SA, dalla capacità dell’industria
europea un contributo determinante.
IFMIF, anche la tecnologia non
fusionistica al servizio dello sviluppo
dei materiali (contributo INFN)
La ‘Neutral Beam’ test Facility ‘PRIMA’
a Padova, un banco di prova per un
componente fondamentale per il
riscaldamento del plasma
Il Consorzio europeo che deve attuare
la Road Map Euratom di Horizon 2020:
l’impegno di 29 Paesi in supporto a ITER
e per rendere possibile DEMO
La Divertor Tokamak Test facility (1)
Tra le più grandi infrastrutture di ricerca mai
realizzate in Italia
Investimenti per 500 milioni di euro
Opererà per almeno 25-30 anni
Esperimento chiave tra ITER e DEMO
Avrà notevoli ricadute socio-economiche (es.
produzione 1600 posti di lavoro)
Sarà un importante incubatore di impresa,
favorendo spin off high-tech in molti settori
Favorirà l’economia locale che dovrà fornire servizi
e ospitare le centinaia di scienziati che
parteciparanno alla sperimentazione.
DTT
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 17
The Divertor Tokamak test facility
DTT has most of the features of a next generation tokamaks
18 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
http://fsn-fusphy.frascati.enea.it/DTT
July 2015
and
Fusion Engineering and Design, Special Issue: DTT
https://www.sciencedirect.com/science/journal/09203796/122
http://www.dtt-project.enea.it
Soon green book
La Divertor Tokamak Test facility (2)
I principali obiettivi:
o Dimostrare se i sistemi di smaltimento della potenza proposti per DEMO sono in grado di
sostenere i carichi termici in tutte le possibili condizioni di funzionamento, questione
fondamentale per la sua fattibilità e competitività.
o Incrementare la conoscenza dei meccanismi di smaltimento termico che non è possibile
studiare nelle macchine attuali
o Sviluppare nuovi materiali e tecnologie
o Preparare le nuove generazioni di scienziati e tecnologi e mantenere leadership
italiana
5
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 19
La Divertor Tokamak Test facility (3)
5
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Modello DTT
Trasformatore centrale
Magnete toroidale
Camera da Vuoto
Prima Parete
Bobine di campo esterno
20
La Divertor Tokamak Test facility: scelta del sito
5
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Il sito di una così importante infrastruttura di ricerca, non poteva essere scelto
senza dare anche delle opportunità a tutte le Regioni e Province Autonome italiane.
Nel novembre 2017 l’ENEA ha emesso un Avviso di Interesse ad ospitare DTT
L’Avviso chiariva in modo molto netto la natura della infrastruttura e chiedeva tra
l’altro un contributo di 25 milioni di euro e la disponibilità di infrastrutture indispensabili
come una linea elettrica dedicata di adeguata potenza.
L’Avviso di interesse, al quale bisognava rispondere in poco più di due mesi, ha avuto
un successo assolutamente inaspettato:
9 Regioni hanno proposto siti che soddisfacevano ai requisiti previsti.
21
La Divertor Tokamak Test facility: perché a Frascati
5
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Casale Monferrato (TO)
Ferrania (SV)
La Spezia (SP)
Porto Marghera (VE)
“CR ENEA Brasimone (BO)
Cittadella Della Ricerca (BR)
ENEA Frascati (RM)
Capitolo San Matteo (SA)
Manoppello (PE)
22
Costi operazioni e sperimentazione
I costi sono ampiamenti coperti dai contributi nazionali ed internazionali
Costo annuale [M€]
Personale per la gestione operativa di DTT 20
Spese in conto capitale 10
Servizi 5
Manutenzioni straordinarie 12
Sub-totale costi operazione 47
Personale per la sperimentazione 12
Totale correnti 59
Restituzione prestito BEI 11.85
Totale generale 70,85
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 23
Finaziamenti Costruzione
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Finanziamenti Milioni di euro
Prestito erogato o nel piano Junker o tramite BEI/Innofin (25 anni) 250
Laboratori coinvolti 30
Contributo in natura da partner internazionali 30
Contributi Nazionali (40 MISE+ 40 MIUR) 80
ENEA 25
Regione lazio* 25
EUROfusion 60
Totale 500
* La Regione, inoltre, finanzierà anche la nuova linea elettrica
24
Nuovi Posti Personale
diretto Indotto
Indotto
Terziario
Totale per
anno
Costruzione (7 anni) 120 150 350
620
Operazione (25 anni) 250 250 750 1250
Sperimentazione(25 anni) 150 150
DTT: altissimo ritorno socio-economico
Atteso un ritorno pari a un fattore 4 sull’investimento: 2 miliardi di euro
In totale oltre 1500 posti di lavoro
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 25
DTT: il risultato di una non comune sinergia
o Far approvare un progetto di questa dimensione ha richiesto parecchi anni
o Pochi credevano nella possibilità di realizzarlo
o L’ENEA, però, non ha mai rinunciato a portarlo avanti
o Le difficoltà venivano sia a livello europeo - molti vedono (e a ragione) in DTT
una infrastruttura che determinerà la leadership nel settore per moltissimi anni –
sia a livello italiano (difficile raccogliere un consenso globale su di un
investimento di ricerca) anche se nel 2014 è stato inserito nei è progetti italiani
del Piano Juncker.
o Finalmente, nel 2017 è stato recepito il messaggio che DTT, oltre a essere una
infrastruttura di ricerca di valore mondiale, rappresenta anche una grossa
opportunità di crescita, specie per il territorio che la ospita.
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE 26
Aldo Pizzuto – Direttore Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare
Le ricadute tecnologiche ed economiche
della fusione
Roma 3 aprile 2019
Giornata formazione giornalisti:
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Le Attività di R&S
28 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
R&D con industria per ITER
I Magneti
Ansaldo Nucleare – SIMIC
ENEA Ansaldo Nucleare – SIMIC ENEA
Componenti affacciati al plasma
ENEA ASG
Anelli Precompressione
29 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Le tecnologie:Interazione Plasma Parete
ENEA, Ansaldo Nucleare, SIMIC
ITER Full scale prototype: ENEA, Ansaldo Nucleare,
30 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Manutenzione Remota e Sistemi visione/Metrologia
DRP Platform
ITER First Wall
accuracy < 0,5 mm
Step : - 1mm
Step : - 2mm
Step : - 3mm
Radar Ottico (laser)
31 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Le tecnologie: Metalli Liquidi e Termo-fluido-dinamica
• Corrosione Acciai in Pb-17Li
• Sviluppo barriere anti permeazione
• Controllo impurezze circuiti Pb-17Li
• Sequenze incidentali
• Loop prova componenti
• Pb-17Li
• Li
• Elio
Pb-Li
Corroded
layer
50 m
Test mock up TBM solido
32 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Impianto Elio Impianto
Piombo-Litio
Le tecnologie: Data Base Neutronico
33 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Validazione dati per i Data Base EFF/EAF Qualifica componenti funzionali (elettronica, fibre ottiche, etc.)
Misure: n/g flusso & spettro, attivazione,
Calore di decadimento
Analisi Sensibilità/Incertezza basata su
approccio probabilistico (Monte Carlo) e
deterministico
FNG – Frascati Neutron Generator
W mock up
Ciclo del combustibile
Reattore a membrana Pd-Ag per la
separazione del Trizio
Reattore per la
produzione di idrogeno d
etanolo/metanolo
34 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
15m 5m
PRIMA: Facility Iniettori di Neutri - Consorzio RFX Pd
16.5 MW
9 m
residual ion
dump
Power
Transmission Line
at 1 MV
HV Bushing
SF6
Insulating gas
Ion Source
0.03 Pa – 0.001 Pa
Vacuum
2 NBIs (+1)
Pbeam = 16.5 MW
I = 40 A
V = 1 MV
Tpulse = 3600 s
35 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Le Attività dell’Industria
36 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Bobine di campo toroidale e poloidale di ITER
Panckake bobina toroidale
Prima Bobina toroidal di ITER ASG- Superconductrs
Linea avvoigimento bobine poloidadali SeaAlp 37 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
ICAS: ENEA - TRATOS Cavi- CRIOTEC
Sez. Cavo Superconduttore
Linea cablatura
Spool cavo
Conduttore con Jacket 38 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
39 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
ITER Radial Plate per le Bobine Toroidali
ITER VV – Mock up of upper
poloidal segment of VV Sector
ITER VV – Hot forming of VV
stainless steel plates (60 mm
thickness)
ITER VV – Assembly for
welding trials
AnsaldoNucleare
A Finmeccanica Company
Fornitura dei settori della Camera da Vuoto di ITER
40 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Incassamento bobina TF nella sua struttura
41 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La cassetta del Divertore
42 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
WALTER TOSTO
La sorgente di ioni Spider – RFX Padova
43 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
WALTER TOSTO
Un successo industriale
AMW Consortium –
vacuum vessel sector
SIMIC
Radial plate
ICAS – Toroidal field
conductor
ASG – Compacting
toroidal and Winding
pack
DELTA TI – skid
mounted
pumping station
DE PRETTO
RFX Spider
L.T. CALCOLI -
multi pipe cooling
system
ANGELANTONI TEST TECHNOLOGIES, ANSALDO NUCLEARE, ASG SUPERCONDUCTORS,
CECOM, C.M.C. SUD, CNR, COELME COSTRUZIONI ELETTROMECCANICHE, CONSORZIO RFX,
CONSORZIO SEA ALP ENGINEERING, C.R.E.A.T.E, CRIOTEC IMPIANTI, C.S.M., DELTA TI
IMPIANTI, DE PRETTO INDUSTRIE, ENEA, ENERGY SUS, ENERGY TECHNOLOGY, ENGINSOFT,
ERCOLE, ETTORE ZANON, FAGIOLI, ICAS, INFN, IRCRES, LCG STUDIO LEGALE, L.T. CALCOLI,
M&G, MANGIAROTTI, MICROELETTRICA SCIENTIFICA, NIDEC ASI, NIER INGEGNERIA, NISTICO,
OCEM, POLITECNICO DI TORINO, RTM BREDA, SIMIC, S.I.ST., SMM, S.R.S. ENGINEERING
DESIGN, STAMPINOX, STUDIO INGEGNERIA MARCO FABBRI, UNIVERSITA’ BICOCCA,
UNIVERSITA’ DI BOLOGNA, URS ITALIA , VENTRE, VITROCISET, WALTER TOSTO
0% 10% 20% 30% 40%
Piemonte
Liguria
Abruzzo
Lombardia
Veneto
Toscana
Lazio
Emilia
Umbria
Campania Valore Totale oltre 1000 milioni di euro
Oltre 500 PMI interessate
LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Recentemente acquisiti altri contratti fino ad almeno 1500 milioni
44
Le attività non energetiche
45 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La fusione nucleare fondamentale per applicazioni
non energetiche
Medicale
Antiterrorismo
46 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Medicale
Nei prossimi anni è prevista una grave crisi di produzione del 99Tc usato per diagnostica e trattamenti medicali
ENEA sta elaborando progetti per contribuire a sopperire alla carenza di questo indispensabile radiofarmaco
47 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La reazione utilizzata è 100Mo(n,2n)99mMo che decade
dopo 60 ore in 99Tc che ha una vita media di 6 ore
Sorgentina
Sorgente di neutroni da
fusione (14MeV)
Flusso 5*1013 n/ cm2s.
Eutroni da Fusione per Radiofarmaci
48 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La produzione di Tc tramite irraggiamento di Mo con neutroni è un metodo molto efficace
Problema più importante:
Dimostrare che si può ottiene
un prodotto di elevata
purezza
Recentemente, con la
sorgente di neutroni di
Frascati, si sono ottenuti
risultati che confermano
l’efficacia del metodo.
Materiale irraggiato
radiofarmaco
49 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Nazionali: Tecnologie per la Salute Sviluppo di Acceleratori medicali
ELETTRONI: linac per sistemi IORT (RadioTerapia Intraoperatoria). Trasferimento completo del know-how all’industria nazionale
LINAC
Realizzato
presso la TSC
di Fiumincino
PROTONI: progetto TOP-IMPLART linac da 230 MeV per protonterapia con ISS e IFO IRE. Destinazione finale:ospedale IFO. Finanziato da Regione Lazio prototipo da 150 MeV. Ditte coinvolte: NRT, CECOM, TSC, ADAM. Collaborazione SSPT-TECS ed IRP.
Modulo di accelerazione da 7 a 35 MeV
Layout finale presso IFO
Iniettore da 7 MeV
50 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Progetti internazionali: Security CBRN-E
FP7
End user driven DEmo for cbrNe
Dimostrazione 4.2 a Frascati il 29-
30.9.2015 nell’area sperimentale
appositamente allestita per
rivelazione di una «bomba sporca»
mediante sistema attivo di
interrogazione a neutroni per la
parte radiogena e sistemi laser per
la parte di esplosivo.
Seconda DEMO effettuata con pieno successo nel 2016 su TRIGA in Casaccia
per monitoraggio di barre di combustibile nella piscina di raffreddamento.
A giugno prossimo nuova demo a Frascati
51 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
La fusione: il programma che integra capacità e
promuove il coordinamento tra Ricerca Industria
Formazione
52 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
Roma,
05/06/2017
Tecnologia Ingegneria Ricerca di Fisica
Cooperazione con l’ Industria
1 2 3
Conoscenza Know how integrazione
Trasferimento di Know
How
Programmi congiunti di
R&S
Innovazione del
prodotto
4
INTEGRAZIONE: DAL CONCETTO AL PRODOTTO ATTRAVERSO R&S E
DIMOSTRATORI
Formazione & Training
PhD, Master, Tesi Programmi congiunti di R&S con Università
5
INT
EG
RA
ZIO
NE
T
RA
GL
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STA
KE
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ER
S
53 LE NUOVE FRONTIERE DELL’ENERGIA: LA FUSIONE
GRAZIE PER L’ATTENZIONE