Superconduttività

La Sezione Superconduttività dell'ENEA svolge attività di Ricerca, Sviluppo e progettazione di materiali e sistemi superconduttori, applicati principalmente alla fusione nucleare, al trasporto e alla produzione di energia. Il suo ambito scientifico e tecnologico primario è quindi la superconduttività applicata, con particolare riguardo allo sviluppo e alla progettazione di dispositivi di potenza, di cavi e di magneti superconduttori.

La attuale Sezione Superconduttività di ENEA, numericamente il più grande gruppo di ricerca e sviluppo italiano che lavora sulla superconduttività applicata, trae origine dal primo gruppo italiano ad occuparsi di superconduttività sorto a Frascati nel 1961. Le sue competenze vanno dalla fisica alla scienza dei materiali, chimica, ingegneria meccanica ed elettronica, metallurgia e criogenia.

Le attività del gruppo spaziano dallo studio dei materiali superconduttori, con le sintesi dei materiali e le analisi delle proprietà elettriche e magnetiche, allo sviluppo di fili e nastri a base di tali materiali,  fino alla progettazione e realizzazione di conduttori e cavi ad alte correnti per la costruzione di grandi magneti adatti al contenimento del plasma nei reattori per lo studio della fusione nucleare.

Le attività di ricerca e sviluppo si concentrano su diversi tipi di materiali superconduttori:

  • sui tradizionali a base di Nb, detti a bassa temperatura critica (LTS), con attività incentrata sullo studio ed ottimizzazione del materiale e sulla progettazione e la realizzazione di prototipi di cavo superconduttore per magneti ad alto campo, culminata con la realizzazione del modello di cavo superconduttore che sarà utilizzato nel sistema magnetico di ITER;
  • sugli ossidi di rame (cuprati), detti ad alta temperatura critica (HTS), qui studiati sin dai primi anni 90, con attività sia di ricerca di base sulle proprietà superconduttive, sui processi di deposizione di film, sullo studio della dinamica flussonica, sia di ricerca applicata per l'ottimizzazione e lo sviluppo di conduttori;
  • sui materiali a base di ferro (Iron-based, IBS), più recenti ed ancora in piena fase di studio sulle loro proprietà e sulla loro sintesi;

I laboratori sono attrezzati con diversi sistemi di deposizione di film sottili per via fisica. Recentemente il gruppo si è dotato anche di un laboratorio chimico per la preparazione delle soluzioni metallorganiche e per la deposizione di film per via chimica. Il gruppo possiede sistemi di caratterizzazione strutturale,  sistemi di microscopia ottica, a forza atomica e a scansione elettronica con relativo laboratorio per la preparazione dei campioni e sistemi di caratterizzazione elettrica e magnetica delle proprietà superconduttive. Per cavi e dispositivi di alta potenza, sono a disposizione anche sistemi per test fino a 20 kA con possibilità di raffreddamento ad azoto liquido o a flusso d’elio supercritico.

Le attività sono svolte nell’ambito di progetti nazionali e internazionali, come la partecipazione ai programmi europei per lo sviluppo della fusione nucleare di EUROfusion e ITER IO, e la progettazione del sistema magnetico del reattore sperimentale DTT, presso il centro ENEA di Frascati.

La Sezione vanta collaborazioni con tutte le principali università, centri di ricerca, istituzioni, laboratori attivi nel settore della superconduttività del panorama internazionale. Numerose le collaborazioni con l’industria italiana operante nel campo della superconduttività applicata, presenti in ogni attività di ricerca e sviluppo della sezione.

CICC superconduttori
Cable-In-Conduit-Conductor superconduttori in lega di Niobio
superconduttore al microscopio
Immagine microscopica di un film sottile superconduttore HTS

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