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Energia dalla FUSIONE?

Energia dalla FUSIONE?. Francesco Paolo Orsitto ENEA Frascati. IL sole e’ Un reattore a fusione di grandi dimensioni. Scopo delle ricerche sulla fusione e’: creare un sorgente di energia simile a quella che sostiene il sole.

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Energia dalla FUSIONE?

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Presentation Transcript

  1. Energia dalla FUSIONE? Francesco Paolo Orsitto ENEA Frascati INFN 5 ott 2006

  2. IL sole e’ Un reattore a fusione di grandi dimensioni INFN 5 ott 2006

  3. 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 (4He++) 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 ttali che nt > 21020sec/m3. INFN 5 ott 2006

  4. Outline • Concetti introduttivi • Confinamento magnetico: proprieta’, Schema di un Tokamak • Esperimenti esistenti attualmente funzionanti • Programma prossimi 25 anni : ITER INFN 5 ott 2006

  5. Concetti introduttivi alla fusione a confinamento magnetico INFN 5 ott 2006

  6. 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-> He4 ( 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 + He4 + 4.8Mev INFN 5 ott 2006

  7. 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 r= m Vperp / eB INFN 5 ott 2006

  8. 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 superficirazionali. INFN 5 ott 2006

  9. Potenza dalla fusione a confinamento magnetico • Pfusione=1/4 nion2 <s v> Efusione ~ (nT)2 • <s v>~ T 2. • Pfusione = 1.08 b2 B4. MW/m3. • b=2 nT / (B2/2m0) = [pressione totale(ioni+elettroni) cinetica ] /pressione magnetica • Per es. (B2/2m0) = 1 atmosfera @ B=0.5T • Tipico valore di beta b~1-10% INFN 5 ott 2006

  10. Tempo di confinamento tE. Legge di scala confinamento magnetico per tokamaks ( H-mode) • Tempo caratteristico (tE ) della Perdita di energia per conduzione termica e’ definito: • PL = 3nT/ tE.= ((3/2)neTe+(3/2)niTi)/tE (Energia media/ grado di liberta’=1/2 T) INFN 5 ott 2006

  11. FUSIONE: Obiettivi • Pareggio energia (Q=1) • Ignizione (Q>10) • (ntET)MIN~1021 m-3 s keV tE~1s, T~10keV,n~1020 m-3. INFN 5 ott 2006

  12. Commenti su Pfus vs (limiti di) beta • Pfusione = 1.08 b2 B4. MW/m3. • D+T→ a(3.5MeV) + n(14.1MeV) • Le particelle a 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. b limitato dalla stabilita’MHD tE limitato/regolato Dal trasporto turbolento INFN 5 ott 2006

  13. Progressione di 5 ordini di grandezza nel fattore di merito ntT della Fusione in 30 anni di sperimentazione ntT cresciuto piu’ velocemente della energia degli acceleratori e della velocita’ di calcolo INFN 5 ott 2006

  14. 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 INFN 5 ott 2006

  15. Macchine attualmente funzionanti INFN 5 ott 2006

  16. 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 Esperimenti sulla fusione in Italia INFN 5 ott 2006

  17. JET(Joint European Torus)EFDA Culham science centre Oxfordshire(UK) INFN 5 ott 2006

  18. Interno del JET senza plasma con plasma JET:La piu’ grande macchina Tokamak funzionante; corredata di impianti per operazione in DT INFN 5 ott 2006

  19. Riscaldamento dovuto alle particelle alfaJET DT1 INFN 5 ott 2006

  20. Programma futuro INFN 5 ott 2006

  21. 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 INFN 5 ott 2006

  22. Ruolo di ITER INFN 5 ott 2006

  23. 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 INFN 5 ott 2006

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