Roma – Dopo due decenni di progettazione, produzione, fabbricazione e assemblaggio in tre continenti, lo storico progetto multinazionale per la fusione nucleare ITER celebra oggi il completamento e la consegna delle sue bobine di campo toroidale, il più complesso dei sistemi ITER, provenienti da Giappone ed Europa. Ogni bobina è enorme: è alta 17 metri, larga 9 metri e pesa circa 360 tonnellate. Le bobine del campo toroidale funzioneranno insieme, di fatto, come un unico magnete: il magnete più potente mai realizzato. Genereranno un’energia magnetica totale di 41 gigajoule. Il campo magnetico di ITER sarà circa 250.000 volte più forte di quello della Terra. Masahito Moriyama, Ministro dell’Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone, e Gilberto Pichetto Fratin, Ministro dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica italiano, parteciperanno alla cerimonia di consegna insieme ai funzionari degli altri membri dell’ITER. Diciannove gigantesche bobine di campo toroidale sono state portate nel sud della Francia. Saranno componenti chiave di ITER, il mega-progetto sperimentale di fusione che utilizzerà il confinamento magnetico per realizzare la fusione nucleare, lo stesso processo che alimenta il Sole e le stelle e fornisce luce e calore alla Terra.
La ricerca sulla fusione mira a sviluppare una fonte di energia sicura, pressoché inesauribile e rispettosa dell’ambiente. ITER è una collaborazione di oltre 30 paesi partner. Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti vi sono coinvolti. Le bobine di campo toroidale a forma di D saranno posizionate attorno al recipiente a vuoto dell’ITER, una camera a forma di ciambella chiamata tokamak. Qui nuclei atomici leggeri saranno fusi insieme per formarne di più pesanti, liberando un’enorme energia dalla reazione di fusione. Il combustibile per questa reazione di fusione sono due forme di idrogeno, deuterio e trizio (DT). Questo carburante verrà iniettato sotto forma di gas nel tokamak. Facendo passare una corrente elettrica attraverso il gas, questo diventa un plasma ionizzato – il quarto stato della materia, una nuvola di nuclei ed elettroni. Il plasma verrà riscaldato a 150 milioni di gradi, 10 volte più caldo del nucleo del Sole. A questa temperatura, la velocità dei nuclei atomici leggeri è sufficientemente elevata da consentire loro di scontrarsi e fondersi. Per dare forma, confinare e controllare questo plasma estremamente caldo, il tokamak ITER deve generare una gabbia magnetica invisibile, conformata con precisione alla forma del recipiente metallico a vuoto. E qui entrano in gioco le bobine. ITER utilizza niobio-stagno e niobio-titanio come materiale per le sue bobine giganti. Dieci bobine sono state prodotte in Europa, sotto gli auspici dell’Agenzia nazionale europea dell’ITER, Fusion for Energy (F4E). Otto bobine più una di scorta sono state prodotte in Giappone, sotto la guida di ITER Japan, parte dei National Institutes for Quantum Science and Technology (QST). Il processo di fabbricazione è iniziato con la produzione di un filamento di niobio-stagno. Sono stati necessari più di 87.000 chilometri di filo sottile per creare le 19 bobine di campo toroidali. Questo filamento è stato prodotto in Cina, Europa, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti. Centinaia di fili di niobio e stagno sono stati avvolti con fili di rame fino a formare un fascio simile a una corda e inseriti in una guaina di acciaio, con un canale centrale per accogliere il flusso forzato di elio liquido. Il risultato, un “cavo in condotto”, o semplicemente “conduttore”, costituisce l’elemento centrale delle bobine. Questo materiale conduttore è stato spedito in Giappone e in Europa per iniziare il processo di fabbricazione. La realizzazione vera e propria è stata ancora più impegnativa. Per iniziare, circa 750 metri di conduttore sono stati piegati in una traiettoria a doppia spirale e trattati termicamente a 650 gradi Celsius. È stato quindi inserito con precisione in una “piastra radiale” a forma di D, una struttura in acciaio inossidabile con scanalature su entrambi i lati in cui si annida il conduttore. Il conduttore è stato avvolto e isolato utilizzando vetro e nastro Kapton. Le piastre di copertura sono state montate e saldate al laser. Ciò ha creato un “doppio pancake”, un sottocomponente enorme ma delicato costituito da due strati di conduttore. L’intero doppio pancake è stato poi avvolto nuovamente in nastro isolante e iniettato con resina per aggiungere resistenza strutturale, utilizzando il vuoto per rimuovere eventuali sacche d’aria. Nella fase successiva, sette pancake doppi sono stati impilati per creare un “pacchetto di avvolgimento”, formando il nucleo del magnete finale. Ogni pancake doppio è stato unito al successivo per la continuità elettrica. Il pacco di avvolgimento complessivo è stato isolato, trattato termicamente e nuovamente iniettato con resina. Infine, il pacco di avvolgimento è stato inserito in una massiccia cassa in acciaio inossidabile adatta allo scopo, del peso di circa 200 tonnellate, sufficientemente robusta da resistere alle immense forze che saranno generate durante il funzionamento dell’ITER. Più di 40 aziende sono state coinvolte nella realizzazione delle bobine di campo toroidale (TF). Alcune delle principali aziende europee includono: ASG Superconductors ha prodotto 70 doppi pancake da TF e 10 pacchetti di avvolgimento. CNIM ha prodotto 35 piastre radiali TF. SIMIC ha prodotto 35 piastre radiali TF e completato 10 bobine TF, Iberdrola ha coordinato la produzione di 10 pacchi di avvolgimento di bobine TF. Elytt Energy ha prodotto le attrezzature per i doppi pancake da 70 TF. BNG ha completato la prova a freddo, a 80 Kelvin, di 10 pacchi di avvolgimenti TF. Il Giappone è stato responsabile della fabbricazione di tutte le 19 custodie delle bobine TF, in una collaborazione tra Mitsubishi Heavy Industries, Toshiba Energy Systems e Hyundai Heavy Industries. Inoltre, le principali aziende coinvolte nella fabbricazione delle bobine TF giapponesi includono: La Mitsubishi Electric Corporation ha prodotto 5 pacchi di avvolgimenti TF. Arisawa Manufacturing ha prodotto tutti i nastri isolanti. Mitsubishi Heavy Industries ha completato 5 bobine TF. Toshiba Energy Systems ha completato 4 bobine TF. “Il completamento e la consegna delle 19 bobine di campo toroidali di ITER rappresentano un risultato monumentale”, ha affermato Pietro Barabaschi, Direttore generale di ITER. “Ci congratuliamo con i governi membri, le agenzie nazionali ITER, le aziende coinvolte e le numerose persone che hanno dedicato innumerevoli ore a questo straordinario sforzo.” (30science.com)
