di Gianluca Borgese
Mentre il mondo intero sta ancora timidamente lavorando ad una lenta ripresa dopo le annate catastrofiche di turbamento psicofisico dovuto ad una inaspettata pandemia e al timore per i possibili coinvolgimenti in guerre mondiali, nelle campagne verdi e soleggiate dell’entroterra provenzale, un team di circa quattromila persone, tra fisici, ingegneri, tecnici e lavoratori di ogni sorta, provenienti da oltre 34 stati del mondo, rincorre, senza alcuna sosta ed alcun visibile affanno, l’ambizioso sogno di creare una “stella”, proprio qui sul nostro pianeta, esattamente in Provenza.
La Provenza è una delle regioni più belle e caratteristiche della Francia e si estende precisamente nel sud-est del paese. A renderla unica è la sua natura variopinta, rimasta ancora selvaggia, forte e genuina. Il territorio, oltre a vantare le famose e meglio conosciute insenature della costa azzurra, risulta ricchissimo di laghi e fiumi di acqua limpida, di colline, monti e vallate incantevoli, di enormi campi di fiori e piantagioni di varia natura come quelli di lavanda e di girasoli. Incastonate nel quadro paesaggistico si possono scorgere ovunque moltitudini di piccoli villaggi, ognuno con un proprio volto e una propria voce inconfondibile, legata alle tante colonizzazioni che nel tempo si sono susseguite nella regione, come quelle greche, celtiche e romane. È in mezzo a questo scenario bucolico di altri tempi che si spera un giorno di poter “accendere” questa stella “terrestre".
Il mio nome è Gianluca Borgese, lametino di origine, e faccio parte di quel folto gruppo di ambiziosi sognatori ad occhi aperti. Sono ormai circa cinque anni che vivo in Provenza e lavoro come ingegnere elettronico senior Ph.D per Leonardo S.p.A., nell'ambito del famigerato quanto avveniristico progetto ITER, dopo una parentesi importante nel settore degli acceleratori di particelle subatomiche in qualità di ricercatore. In particolare, in quanto ingegnere elettronico, lavoro nell’RSG (Radiation Safety Group) di ITER. La mia attività consiste nel supportare e supervisionare la progettazione, lo sviluppo, il test sotto radiazioni e il collaudo dei sistemi elettronici rad-hard (ossia resistenti alle radiazioni) facenti parte integrante del gigantesco sistema di acquisizione dati e controllo del progetto ITER. Oltre a ciò, mi occupo anche dell'analisi, dell’elaborazione dei dati simulativi della radiazione emessa durante il funzionamento e della realizzazione di software per la visualizzazione ed analisi automatica delle mappe di radiazione (i.e.: il software certificato RaDAT).
ITER, é piú che un progetto, é una gigantesca organizzazione internazionale multietnica, dove professionisti di ogni settore provenienti da tutto il mondo lavorano e collaborano insieme. Si presenta anche come un punto di incontro conviviale dove si organizzano sempre attivitá extra lavorative di ogni tipo, dalle attivitá sportive alle gite nella natura, dai corsi di musica a quelli di fotografia, dalle serate a teatro ai concerti. La stessa mensa principale di ITER, al building 72, é il luogo per eccellenza di aggregazione quotidiana in cui passare la pausa pranzo, scherzando e chiacchierando insieme. Ad esempio, per combattere anche la routine culinaria, é presente, accanto ai menu convenzionali, un programma annuale di degustazione etnica che periodicamente permette di degustare differenti pietanze provenienti da tutto il mondo, accompagnate da scenografie, decorazioni, musiche di sottofondo e abbigliamenti a tema. Inoltre, in determinati periodi dell’anno, durante l’ora della pausa pranzo, nella hall dello stesso building 72, si svolgono varie attivitá di intrattenimento, come l’esibizione di piccole orchestre costituite da dipendenti con la passione per la musica, o l’allestimento di stands per la vendita di prodotti artigianali e culinari provenzali o per la promozione di attivitá sportive di gruppo. Grazie a questo approccio, ITER ha permesso di creare un’amalgama familiare tra i dipendenti, dove lavorare non é solo un dovere ma anche un piacere.
L’Italia é notevolmente presente nel progetto in termini di persone ed aziende coinvolte. Sono centinaia le industrie italiane che hanno collaborato e collaborano ancora con ITER, tra le piú grandi e conosciute ricordiamo: l’Ansaldo Nucleare (Genova), l’Asg Superconductors (Genova), la Leonardo S.p.A. (Roma), la Simic (Cuneo), la Walter Tosto (Chieti), etc. Inoltre, un’altra nota positiva per l’Italia é la recente nomina a direttore generale del progetto di Pietro Barabaschi, ingegnere elettrico, che dopo piú di venti anni di attività di successo nel settore della fusione nucleare, prende le redini di questo faraonico progetto, dando lustro e prestigio all’Italia nel mondo.
Dopo questa, spero, piacevole disgressione riguardo la vita ad ITER, entriamo un pó nel vivo del progetto ITER.
Cos’è il progetto ITER?
Partendo dal suo nome, ITER è un acronimo inglese che sta per International Thermonuclear Experimental Reactor, ossia Reattore Sperimentale Termonucleare Internazionale. Lo so, già il nome incute un po' di timore ed ansia, ma al di là del nome e della sua intuibile complessità, ciò che dovrebbe far spalancare gli occhi è l’idea fantastica che sta dietro a questo nome e che cercherò di presentare nella maniera più semplice possibile.
L'idea è quella di costruire un termoreattore a fusione nucleare per scopi energetici, ossia per la produzione di energia, sfruttando per l’appunto la fusione nucleare quale nuova fonte di energia, teoricamente ecologica e illimitata. Con questo approccio sarà possibile fornire un quantitativo di energia di gran lunga maggiore rispetto alle fonti di energia utilizzate fino ad oggi (carbone, petrolio, fissione nucleare, etc) senza inquinare o contaminare l'ambiente. Basti pensare che 100 mg della miscela utilizzata come “combustibile" del termoreattore nucleare permettono di produrre la stessa energia ottenibile dalla combustione di circa 1000 kg di carbone o di circa 600 litri di petrolio. Giusto per fare un esempio auto esplicativo, 1kg di carbone soddisfa il fabbisogno energetico di una famiglia di 3-4 persone per un giorno, 1kg di miscela usata dal termoreattore soddisferebbe il fabbisogno energetico della medesima famiglia per oltre 25000 anni!!!
Ma quando e come è nato ITER?
Le basi di questo progetto faraonico da circa 20 miliardi di euro, furono designate verso la metà degli anni 80, periodo in cui Gorbaciov annunciò lo studio sul reattore a fusione ma il vero e proprio inizio dei lavori si ebbe circa 20 anni dopo, nel lontano 2007. ITER è gestito da un consorzio internazionale costituito da varie nazioni mondiali: Unione Europea, USA, Russia, Cina, India, Korea e Giappone, le quali, con partecipazioni differenti, sostengono e portano avanti insieme il progetto, dividendosi molteplici compiti e responsabilità. Il quartier generale dell’organizzazione, dove sono presenti tutti gli uffici tecnici ed amministrativi, insieme all'area di 45 ettari, dove sorgono oltre 40 strutture ed edifici funzionali, si trovano a Cadarache, in Provenza, esattamente nel dipartimento delle Bocche del Rodano (Bouches du Rhone), a 30 minuti da Aix-en-Provence e a circa 1 ora da Marsiglia. Ad oggi ITER è considerato il più grande progetto al mondo mai esistito. Attualmente, sono presenti al mondo diversi termoreattori a fusione nucleare ma tutti di piccole dimensioni e solo pochi (circa 50) basati sulla medesima tecnologia di ITER.
ITER sarà il primo prototipo di reattore a fusione nucleare di tipo sperimentale, a raggiungere potenze di fusione di circa 500 MW, molto più alte di quelli già costruiti in passato, come il famoso JET (16 MW) inglese. Per dare un'idea della mole del reattore, la sua larghezza e la sua altezza sono rispettivamente 24 m e 30 m e il suo peso complessivo è pari a circa 23’000 tonnellate (circa tre volte il peso della tour Eiffel). Il termoreattore di ITER riprodurrà le medesime reazioni nucleari che hanno luogo nelle stelle come il nostro sole. Questa reazione nucleare è appunto la “fusione” nucleare. La fusione nucleare è una tipica reazione nucleare che, a differenza della fissione nucleare (alla base delle odierne centrali nucleari) in cui i nuclei degli atomi vengono scissi, prevede, al contrario, l’avvicinamento degli atomi ad una distanza tale da forzare i nuclei (da cui il termine “nucleare") a fondere insieme creando un nuovo atomo. Nel caso di ITER, a fondere insieme saranno due atomi: Deuterio e Trizio (gli isotopi dell'Idrogeno). Il Deuterio è un materiale molto comune e facile da reperire poichè si trova nell’acqua del mare. In 30 litri d’acqua ne abbiamo circa 1 g. Il Trizio è un elemento debolmente radiattivo che decade in circa 12 anni. Non esiste in natura ma verrà creato direttamente all’interno del termoreattore sfruttando il Litio che anch’esso molto abbondante sulla Terra, presente nelle rocce. Per avere la fusione nucleare i due atomi di Deuterio e Trizio vengono avvicinati talmente tanto da vincere la repulsione, detta “coulombiana” (i nuclei presentano carica positiva quindi si respingono), e far fondere i rispettivi nuclei insieme, ottenendo come prodotti di reazione: (1) un nuovo atomo (l'Elio) diverso dai primi due, (2) un neutrone e (3) dell’energia.
Ecco, la parola Energia è la chiave di lettura di tutto il progetto. In effetti, il fine ultimo di ITER è quello di dimostrare di essere in grado di controllare e mantenere in maniera stabile una reazione di fusione nucleare per un tempo sufficiente a generare una quantità sostanziale di energia di fusione da poter essere successivamente convertita in energia elettrica. Attualmente, nei vari progetti di macchine a fusione nucleare in giro per il mondo, si è riusciti a mantenere “accesa" una reazione di fusione nucleare per tempi dell'ordine dei secondi, la sfida di ITER sarà quella di arrivare all'ordine dei minuti (6-10 minuti).
La prima fase operativa della macchina, chiamata “first plasma", avrà inizio auspicabilmente nel 2025 mentre la seconda e ultima fase, chiamata “D-T plasma" inizierà nel 2035. Il plasma puó essere visto come un gas costituito da particelle cariche (nuclei positivi ed elettroni). La fase “first plasma", permetterà innanzitutto di verificare il buon funzionamento e l’allineamento delle singole parti operative (alimentazione elettrica, controllo dei sistemi, sistemi di raffreddamento, sistemi magnetici, etc) e poi verranno effettuati i primi test di generazione del plasma di brevissima durata (da pochi millisecondi fino a qualche secondo) ma senza nessuna generazione di neutroni. La fase “D-T plasma", consisterà nella vera e propria fusione nucleare di atomi di Deuterio e Trizio e nella generazione di potenza di plasma da pochi secondi fino al massimo raggiungibile. Da questo momento in poi tutto quello che verrà fatto permetterà di studiare, affinare e migliorare il processo di fusione nucleare. Al momento della scrittura di questo articolo, il progetto si trova alla fase di installazione e di assemblaggio delle varie parti e sezioni della macchina all’interno dell’edificio chiamato Tokamak Complex Building.
Ma come si ottiene la fusione nucleare?
Uno dei modi più comuni per far fondere degli atomi, in questo caso di piccole dimensioni, è quello di innalzare la temperatura del plasma fino ad oltre 100 milioni di gradi centigradi mediante delle onde elettromagnetiche ad alta frequenza iniettate nel plasma di fusione, in cui é presente la miscela di Deuterio e Trizio (circa 300mg). A quelle elevatissime temperature l’agitazione termica degli atomi è talmente considerevole da vincere le forze di repulsione nucleari, giungendo cosi alla fusione.
Però, c’è sempre un però…a quelle temperature qualsiasi cosa verrebbe polverizzata all'istante…e qui entra in gioco la tecnologia dei Tokamak. I Tokamak sono delle grandi ciambelle (strutture toroidali) che hanno il compito di contenere il plasma di fusione. Intorno al Tokamak sono presenti dei gruppi di giganteschi magneti superconduttori che permettono, creando intensi campi magnetici di circa 10-13 T, di segregare e confinare il plasma, impedendogli di toccare le pareti interne del Tokamak.
Come già detto in precedenza, con la fusione verranno generati Elio (un gas inerte che si disperde senza problemi nell’ambiente) e neutroni con energia di circa 14 MeV, i quali sono alla base della futura generazione di energia. Questi neutroni impatteranno contro delle speciali pareti di rivestimento interno del tokamak, trasferendo la loro energia sotto forma di calore che in seguito verrà dissipato opportunamente dal sistema di raffreddamento. In futuro, quando si dovrà provvedere alla generazione di energia elettrica, prevista in un successivo progetto chiamato DEMO, l'energia dei neutroni e quindi il calore generato verrà utilizzato per attivare delle turbine che muovendo un alternatore genereranno energia elettrica.
In definitiva, la fusione nucleare, al di là dei tanti dubbi che ha sempre sollevato, è un processo interessante e molto conveniente in quanto:
- si basa, come già accennato, su una risorsa illimitata e le materie prime possono essere ricavate a partire dall’acqua di mare;
- non vengono prodotti gas nocivi per l’ambiente, ma solo elio;
- non vengono prodotti rifiuti o scorie radioattive a decadimento millenario, come avviene per le centrali convenzionali a fissione nucleare;
- non ci sono rischi di fusione accidentale del nocciolo;
- non ci sono pericoli di esplosioni.
Questa, in definitiva, potrebbe essere un’enorme occasione per l’uomo e per l’umanitá tutta di spingersi al di lá di ció che é ritenuto un puro slancio di fantasia. La buona riuscita di questo progetto permetterá alle varie nazioni di poter realizzare, sfruttando il know-how acquisito nei decenni, il proprio termoreattore a fusione nucleare, stravolgendo completamente il settore dell’energia e risolvendo forse definitivamente l’attuale carenza energetica che risulta essere sempre piú incalzante. Chiaramente, per poter concretizzare un sogno del genere serve una considerevole dose di ambizione e di caparbietá, perché le difficoltá e gli ostacoli sono sempre presenti, ma fanno parte del gioco.
In conclusione, mi piace ricordare una frase significativa e direi molto a tema proferita dal grande Friedrich Nietzsche che recita cosí: “Fintantoché continuerai a sentire le stelle come un “di sopra a te”, ti mancherà sempre lo sguardo dell’uomo della conoscenza”, ed é proprio per questo motivo che un giorno non lontano, seguendo e rincorrendo pedissequamente la tanto anelata conoscenza, non avremo piú bisogno di alzare lo sguardo al cielo per ammirare le stelle, ma basterá guardare qui di fronte a noi.
Nella foto di copertina, da sinistra a destra: les Gorges du Verdon e i campi di lavanda di Valensole;
Nelle foto, in basso, da sinistra a destra: una vista del building che ospita il termoreattore, i musicisti di ITER durante un’esibizione in pausa pranzo, il modello 3D del termoreattore di ITER, un mio selfie con sullo sfondo il building che ospiterá il termoreattore, la reazione di fusione nucleare (Deuterio+Trizio).
