Fisica della fusione

La fusione nucleare è il fenomeno fisico alla base della produzione di energia all’interno del sole. Gli studi su questo fenomeno, con l’intento di riprodurlo in laboratorio, sono indispensabili al fine di poter realizzare, in futuro, una sorgente di energia pulita, a basso costo e virtualmente inesauribile che affranchi il pianeta dalla dipendenza dai combustibili fossili. Di questi studi si occupa la divisione di Fisica della Fusione del dipartimento FSN.

Gli studi svolti vertono sui principali metodi utilizzati per raggiungere le temperature e le pressioni necessarie per raggiungere le condizioni che permettano la fusione nucleare: il cosiddetto confinamento magnetico,  che usa campi magnetici come “contenitore” per il plasma da scaldare, e il confinamento inerziale, che utilizza laser ultrapotenti per scaldare e comprimere il combustibile nucleare.

Per queste attività è richiesto l’utilizzo di tecnologie multidisciplinari ed  innovative, che  trovano applicazioni anche in altri ambiti, sia scientifici che industriali, con diverse interessanti ricadute applicative.

Il team scientifico della divisione coordina la partecipazione ENEA alle numerose attività di ricerca sulle macchine sperimentali del programma fusione europeo  ed internazionale (JET, JT60, ASDEX Upgrade, EAST…). Gli studi teorici sono focalizzati sullo sviluppo di teorie, modelli e codici di calcolo applicati ai plasmi termonucleari, e validati tramite dati sperimentali per descrivere e prevedere il loro comportamento, con particolare riferimento ai plasmi in condizioni di ignizione e ai fenomeni di instabilità. Le attività sperimentali procedono da oltre un trentennio nel centro di ricerca di Frascati, ove nel 2019 si è chiusa la sperimentazione del Frascati Tokamak Upgrade (FTU), unico tokamak italiano, costruito nel 1989, che ha prodotto numerosi rilevanti risultati nel campo del confinamento ad alto campo magnetico, del riscaldamento e del controllo dei plasmi, nello studio di componenti a metallo liquido, in stagno e litio, per le zone  del tokamak maggiormente esposte ai flussi termici e nel controllo degli elettroni veloci che possono danneggiare la camera da vuoto del tokamak.

Le attività teoriche e sperimentali procedono inoltre su apparati per lo studio di configurazioni magnetiche di plasma alternative alle attuali, come PROTO-SPHERA, esperimento appena realizzato nel centro ricerche di Frascati, e su plasmi di interesse astrofisico.

Tutta la divisione partecipa alla realizzazione del progetto, recentemente approvato, della  “Divertor Tokamak Test facility” (DTT). Per queste attività, la divisione svolge programmi sperimentali per la comprensione dei fenomeni fisici della fusione a confinamento magnetico, e sviluppa attività di teoria e modellizzazione, contribuendo alla definizione del suo programma di fisica e di gestione degli apparati sperimentali, alla realizzazione delle diagnostiche, degli impianti ausiliari e di riscaldamento del plasma e dei sistemi di controllo e acquisizione dati.

Le attività comprendono anche la partecipazione attiva alle campagne sperimentali di altre macchine, come il Joint European Torus (JET) e l’interpretazione dei dati sperimentali provenienti dagli esperimenti EUROfusion, e da macchine situate presso altri laboratori internazionali.

Parallelamente agli studi sul confinamento magnetico la divisione si occupa di confinamento inerziale tramite lo sviluppo e la sperimentazione dell’impianto ABC, per studi sulla fusione inerziale, anche in collaborazione con altri gruppi  nazionali ed internazionali.

Allo scopo di sostenere le attività in questi campi, l’ENEA ha svolto ricerche e sviluppato tecnologie in altri settori interdisciplinari, ad esempio tramite la sperimentazione di impianti innovativi di generazione di radiazione nell’estremo UV e nella regione dei Soft X-ray e di generazione di impulsi elettromagnetici (EMP), lo sviluppo di tecnologie per la realizzazione di laser di potenza ad alta efficienza e sorgenti ad elettroni liberi,  lo sviluppo di sistemi di rilevamento di immagini con radiazione THz (a frequenze vicine a quelle delle microonde), e la ricerca e lo sviluppo di sorgenti di radiazione e relative diagnostiche nell'intervallo spettrale che si estende dalle microonde ai raggi X. Tutte queste attività, oltre ad essere funzionali agli studi sulla fusione trovano applicazione in diversi altri settori interdisciplinari, come ad esempio il settore biomedico o la tutela dei beni culturali.

Il personale della divisione, oltre alle attività sperimentali, svolge attività di formazione e training di giovani ricercatori italiani e stranieri, promuove attività didattiche e divulgative in collaborazione con Università e altri Centri di ricerca.

Imaging THZ
Applicazione del'imaging THz-3D ai beni culturali
Laser ABC
Laser ABC per gli studi sulla fusione a confinamento inerziale
Scarica in FTU
Scarica di plasma nella camera da vuoto di FTU

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