Compie dunque trent’anni il Frascati Neutron Generator (FNG), generatore di neutroni progettato e realizato da ENEA che rappresenta una delle poche macchine del genere disponibili al mondo per le attività di ricerca sulla fusione nucleare, oltreché in altri settori applicativi, tra i quali si rinvengono aerospazio, automotive, fisica e rivelatori di particelle.
IL WORKSHOP DI FRASCATI
Il workshop The role of FNG in fusion and science: perspectives in a legacy, al quale hanno preso parte rappresentanti delle Istituzioni, esperti e scienziati provenienti da tutto il mondo, che ha avuto luogo l’1 e il 2 marzo 2023 presso il Centro Ricerche ENEA di Frascati, presso Roma, è stato anche un’occasione per tracciare un bilancio delle attività della struttura. Interamente progettato e realizzato dall’ENEA, il FNG costituisce la più potente sorgente di neutroni da 14 MeV (milioni di elettronvolt) attualmente esistente in Europa, una macchina in grado di produrre neutroni tramite reazioni di fusione deuterio-trizio, con intensità fino a 100 miliardi di neutroni al secondo, una delle maggiori al mondo.
VERSO UNA ENERGIA SICURA E ILLIMITATA
Superati con successo tredici esperimenti su componenti di ITER (il grande reattore a fusione che dovrà dimostrare la fattibilità della produzione di energia da fusione, e di DEMO, la centrale dimostrativa che immetterà in rete l’energia elettrica prodotta dalla fusione), FNG oggi apporta un contributo fondamentale all’attività tesa a dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della riproduzione sulla Terra la reazione che alimenta il Sole e le stelle, ottenendo in questo modo un’energia sicura, illimitata e rispettosa dell’ambiente. «A 30 anni dalla sua inaugurazione, avvenuta il 2 novembre del 1992, FNG è tuttora l’impianto di riferimento per la fusione in Europa per eseguire esperimenti per la validazione dei dati nucleari per i materiali di interesse per la fusione», evidenzia la dottoressa Paola Batistoni, responsabile della Divisione ENEA di Sviluppo energia da fusione.
ANALISI E SVILUPPO DI CODICI NEUTRONICI
«La progettazione e la costruzione di FNG – ella aggiunge al riguardo – furono completate in pochi anni sotto la direzione di Marcello Martone, allora responsabile del Laboratorio neutronica applicata del Dipartimento fusione. Nel tempo, l’impianto è stato costantemente migliorato e dotato di strumenti all’avanguardia dal team che lo gestisce. E oggi, grazie a FNG, è cresciuto in ENEA un forte gruppo di neutronica con competenze uniche e all’avanguardia, sia sperimentali sia numeriche per analisi e sviluppo codici neutronici, caso unico in Europa». Presso FNG si conducono esperimenti che permettono di migliorare la conoscenza delle sezioni d’urto di attivazione neutronica dei materiali impiegati in un reattore a fusione, strutturali e funzionali. Essi vengono effettuati su prototipi di componenti di ITER, tra i quali il mantello schermante e i magneti superconduttori, e di DEMO, tra cui i mantelli a litio-piombo liquido e a berillio solido per la verifica della produzione di trizio, forniscono la validazione sperimentale dei calcoli per la progettazione nucleare, inclusi i calcoli di schermaggio neutronico, di deposizione di potenza, del riscaldamento nucleare, delle dosi prodotte dall’attivazione dei materiali e dell’attivazione dell’acqua di raffreddamento.
FINANZIAMENTI E COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
Tutte le attività sono finanziate dal Programma europeo sulla fusione (Horizon EUROfusion) e vengono condotte nella gran parte dei casi nell’ambito di collaborazioni europee o internazionali con la leadership di ENEA. In virtù delle sue specifiche caratteristiche, FNG viene utilizzato anche per lo sviluppo e la caratterizzazione di nuovi rivelatori di particelle per applicazioni in tutti i campi della scienza. Negli ultimi anni è altresì impiegato da numerose aziende private e istituti di ricerca europei ai fini dell’esecuzione di test di resistenza alle radiazioni su componenti e sistemi elettronici per applicazioni nei settori aerospazio, automotive ed energia nell’ambito del progetto Radnext, motivo per il quale è stato incluso nel programma Asi Supported Irradiation Facilities dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). La “radiation hardness assurance”, ossia la valutazione della resistenza a radiazione dei sistemi, è un’esigenza sempre più sentita nell’industria, dato il numero crescente di dispositivi esposti a radiazioni di maggiore intensità e per periodi di tempo più lunghi.
CENTO MILIARDI DI NEUTRONI AL SECONDO
ENEA Frascati è il maggiore centro di ricerca italiano sulla fusione nucleare e l’Italia è, dopo la Germania, il paese maggiore contributore al programma di ricerca europeo. Al riguardo, l’Europa è un erogatore di notevoli finanziamenti di questo programma, che pone i ricercatori italiani nelle condizioni di proseguire nello studio del comportamento del plasma a una temperatura di 150 milioni di gradi, oltreché degli aspetti tecnologici relativi alle varie componenti dell’impianto (e i materiali con i quali dovranno venire costruiti, quali acciai, tungsteno, rame eccetera) che si troveranno attorno a questo combustibile. Trent’anni fa FNG venne realizzato appositamente a questo scopo, poiché a quel tempo le interazioni tra questi materiali non erano ancora sufficientemente conosciute. Si tratta di un impianto unico in Europa nel suo genere, inoltre è uno dei più intensi al mondo, dato che produce cento miliardi di neutroni al secondo.
INTERFACCIAMENTO CON INDUSTRIA E UNIVERSITÀ
Il collegamento dei laboratori ENEA di Frascati con l’industria è molto stretto, infatti, i risultati degli esperimenti effettuati, che conducono a una serie di possibili soluzioni alle varie problematiche di interesse, vengono successivamente riversate all’industria, che si occupa a quel punto della loro fase di ingegnerizzazione che, in molti casi, porta poi alla realizzazione di prototipi; questi ritornano quindi nei laboratori ENEA di Frascati per venire sottoposti alla serie di test e di verifiche del caso. «Il programma europeo è integrato – sottolinea sempre la Batistoni -, proprio qui stiamo avviando un nuovo esperimento nel quadro della collaborazione con Eni e altre università e istituti di ricerca.
PENSANDO A ITER
Si tratta di un prototipo in scala ridotta di questa grande ciambella del reattore (la camera toroidale della macchina, n.d.r.) attraverso il quale ci proponiamo, sempre nell’ambito del citato programma europeo, di studiare il particolare aspetto relativo all’estrazione della potenza generata dalla fusione all’interno della camera allo scopo di generare, a sua volta, energia elettrica». La componente tecnologica del reattore che svolge tale funzione è tuttavia estremamente complicata, dato che si trova sottoposta a un flusso di calore paragonabile a quello solare, seppure attivamente e continuamente raffreddato. «Qui in ENEA – conclude la dottoressa Batistoni – abbiamo realizzato le soluzioni tecnologiche per questo particolare oggetto e lo abbiamo fatto lavorando assieme all’industria. Ora, questa soluzione tecnologica verrà adottata nel progetto del reattore ITER».
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