Studi del Plasma e DTT

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 Studi del Plasma e DTT del Dipartimento FSN.

Gli studi svolti vertono sui principali metodi utilizzati per raggiungere le temperature e le pressioni necessarie per ottenere 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 invece 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 sugli esperimenti del programma fusione europeo ed internazionali (JET, JT60, WEST, TCV, 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 con particolare riferimento ai plasmi in condizioni di ignizione e ai fenomeni di instabilità. Le attività sperimentali procedono da circa mezzo secolo nel centro di ricerca di Frascati, ove nel 2019 si è chiusa la sperimentazione del Frascati Tokamak Upgrade (FTU) costruito nel 1989 come evoluzione del precedente FT, e 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 come  stagno e litio, e nel controllo degli elettroni veloci. .

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

Tutta la Divisione partecipa alla realizzazione del progetto, recentemente approvato, della  “Divertor Tokamak Test facility” (DTT). Per queste attività, la Divisione partecipa ai programmi sperimentali delle macchine europee e non per la comprensione dei fenomeni fisici della fusione a confinamento magnetico e sviluppa attività di teoria, modellizzazione e calcolo, contribuendo alla definizione del programma di fisica europeo, alla  gestione degli apparati sperimentali, alla realizzazione delle diagnostiche e degli impianti ausiliari di riscaldamento del plasma, dei sistemi di controllo, delle schermature neutroniche degli edifici, e dell’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 esercisce l’impianto ABC a fusione inerziale in funzione presso i laboratori di Frascati, si occupa della sua manutenzione e sviluppo, così come delle sue particolarmente evolute numerose diagnostiche anche in collaborazione con altri gruppi  nazionali ed internazionali.

La Divisione inoltre partecipa in ambito internazionale a studi sulla accelerazione ad elevato gradiente di particelle mediante sistemi al plasma.

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, collabora alla supervisione di tesi di laurea e di dottorato nella attività in cui è strettamente coinvolta, promuove attività didattiche e divulgative in collaborazione con Università e altri Centri di ricerca.