Il JET e la Svizzera

La Svizzera partecipa attivamente alla ricerca sulla fusione controllata effettuata al JET (Joint European Torus), situato a Culham, Gran Bretagna. In collaborazione con i colleghi degli altri paesi europei che hanno aderito al programma comune coordinato dall’Euratom, ma anche con scienziati provenienti dal resto del mondo, i nostri ricercatori esplorano la fattibilità della fusione, sorgente di energia sicura, pulita e virtualmente illimitata per le generazioni future.

La fusione è la sorgente d’energia delle stelle ed in particolare del Sole. Sulla terra, per liberare energia attraverso la fusione, il plasma, cioè un gas completamente ionizzato, dev’essere portato a temperature estreme. JET è una delle esperienze di fusione nel mondo dove fisici ed ingegneri cercano di produrre, confinare e studiare dei plasmi a temperature di diverse centinaia di milioni di gradi.

JET è la macchina più grande e più avanzata al mondo per questo tipo di ricerca. Attualmente è anche la sola macchina che possa utilizzare la stessa miscela di Deuterio e Trizio che alimenterà i futuri reattori. Con una potenza di fusione prodotta di 16 MW, JET detiene il record mondiale. JET è la piattaforma ideale per testare gli speciali materiali necessari ai reattori, ma anche i prototipi di diagnostiche ed i metodi di riscaldamento in condizioni realistiche. 

Il programma scientifico sul JET e più in generale lo sforzo europeo sulla fusione sono intrapresi e coordinati dall’EFDA (European Fusion Development Agreement od "Accordo Europeo per lo sviluppo della Fusione").

A partire dal 1979, la Svizzera è associata al programma europeo di ricerca sulla fusione termonucleare controllata e dal 1999 è membro dell’EFDA. La frazione svizzera di questo programma è condotta al Centro di Ricerca di Fisica del Plasma (CRPP) del Politecnico di Losanna. Nato nel 1961, il CRPP è attivo nella ricerca sulla fisica del plasma e più specificatamente sulla fusione termonucleare dal 1979. Nel 1994, il gruppo di tecnologia per la fusione dell’istituto Paul Scherrer (PSI) è stato annesso al CRPP. Le attività "fusione" dell’Associazione Euratom - Confederazione Svizzera si trovano dunque concentrate sotto la direzione del CRPP. Le sue pagine web (http://crppwww.epfl.ch/) forniscono informazioni dettagliate sul programma di ricerca.

Il CRPP, Centro di Competenza Nazionale nel contesto dei Plasmi appartenente alla Facoltà delle Scienze di base dell'EPFL, assicura l’insegnamento e la ricerca in fisica del plasma, oltre alle attività scientifiche di ricerca sulla fusione effettuate nel campo dell’Assiciazione Euratom – Confederazione Svizzera. Il tokamak del CRPP, TCV (Tokamak a Configurazione Variabile), è la più grande installazione sperimentale dell’EPFL.

Gli esperimenti condotti su TCV hanno l’obiettivo di varcare le frontiere di funzionamento dei tokamak verso regimi d’operazione non ancora esplorati, con notevole miglioramento delle prestazioni, per esempio in termini di tempo di confinamento e di rapporto tra l’energia contenuta nel plasma e l’energia magnetica. Nel corso di diversi anni, sono stati svolti studi teorici mirati all’analisi delle qualità ed alla realizzazione di plasmi elongati che hanno portato alla costruzione di TCV, la cui flessibilità è stata largamente dimostrata dalle numerose forme dei plasmi ottenuti fino ad oggi. Si è inoltre intrapreso al TCV un programma intenso ed unico al mondo di riscaldamento addizionale (a quello prodotto dalla corrente di plasma) per onde ciclotroniche elettroniche (ECRH).

Riconosciuto per le sue competenze, il CRPP è diventato il Centro europeo per la sperimentazione dei sistemi di riscaldamento per ECRH; questo sistema comprende: un girotrone (170 GHz) di 2 MW di potenza, una linea di trasmissione per le microonde, una carica di calibrazione. Un prototipo di antenna d’emissione microonde per ITER è, peraltro, l’oggetto di un particolare studio al CRPP. 

L’Associazione Euratom – Svizzera partecipa attivamente alle campagne sperimentali al JET. Il CRPP è stato il punto cardinale per la fabbricazione di due antenne TAE, una delle quali è già stata installata all’interno del toro del JET. L’utilizzo di queste antenne permetterà di progredire nella comprensione fisica delle instabilità che possono essere eccitate dalle particelle alfa nel reattore e, quindi, di migliorare le nostre capacità di prevedere e controllare un plasma in ignizione.

La squadra della Tecnologia di Fusione, con sede al PSI, compie studi sui superconduttori e sui materiali che rientrano nella costruzione delle installazioni di ricerca ed dei futuri reattori sperimentali. SULTAN, l’installazione per il test dei superconduttori, permette di saggiare tutti i cavi costruiti per ITER. La superconduttività ad alta temperatura è similmente sviluppata per un eventuale utilizzo nei cavi per il trasporto della corrente elettrica delle bobine di ITER. Per quanto riguarda l’aspetto ambientalista della fusione, il CRPP lavora, in collaborazione con l’industria, su particolari acciai ferritici martensitici e leghe di titanio che hanno una debole attivazione residua.

Per l’avvenire, l’Associazione svizzera contribuisce alla preparazione dell’ « Approccio elargito » della ricerca partecipando, insieme all’Europa, a IFMIF (Installazione internazionale per lo studio dei materiali irradiati), che permetterà di progredire nell’adeguamento dei materiali strutturali parallelamente ai vincoli delle centrali a fusione. In questo « Approccio eleragito», sono inoltre previsti dei miglioramenti del tokamak giapponese ed un Centro di calcolo internazionale per il completamento dell’analisi dei risultati ottenuti su ITER.

I risultati scientifici eccezionali del JET e l’esperienza ottenuta grazie all’utilizzo collettivo di questo sistema sperimentale hanno permesso all’Europa di ricoprire un ruolo di grande rilievo nell’elaborazione della successiva macchina, ITER, finanziata su scala mondiale. ITER potrà produrre da 500 a 700 MW di energia di fusione. La fusione è una della più importanti ed una delle più promettenti missioni scientifiche intraprese dalla Svizzera e dai suoi ricercatori.