Il futuro dell’energia da fusione nucleare in Italia e in Europa riceve un impulso significativo con la realizzazione della Frascati Coil Cold Test Facility (FCCTF). Questa infrastruttura all’avanguardia, situata presso il Centro Ricerche ENEA di Frascati (Roma), è stata specificamente progettata per un ruolo cruciale: la sperimentazione e la qualifica dei 26 super magneti superconduttori destinati al Divertor Tokamak Test (DTT), il reattore sperimentale interamente italiano attualmente in costruzione. Il DTT rappresenta una pietra miliare negli sforzi internazionali volti a riprodurre e sfruttare il processo di fusione nucleare che alimenta il Sole.
Frascati Coil Cold Test Facility: un’infrastruttura strategica per la fusione nucleare
La Frascati Coil Cold Test Facility è stata progettata con l’obiettivo primario di collaudare in condizioni operative reali l’intero sistema magnetico del DTT. Questo sistema è composto da 18 bobine toroidali, 6 moduli del solenoide centrale e 2 bobine poloidali. La peculiarità di questi componenti risiede nell’utilizzo di superconduttori a bassa temperatura critica, i quali devono operare a una temperatura estremamente bassa, pari a quella dell’elio liquido, ovvero circa -269 °C. Questa condizione estrema è indispensabile per garantire la superconduttività dei magneti, che a loro volta sono cruciali per il confinamento del plasma.
Grazie all’impiego di soluzioni costruttive di ultima generazione e all’utilizzo di materiali ad alto contenuto tecnologico, questi potentissimi magneti avranno la capacità di confinare con precisione il gas di isotopi dell’idrogeno, specificamente deuterio e trizio, all’interno di una struttura toroidale. All’interno di questa configurazione, il gas verrà riscaldato a temperature che superano i 100 milioni di gradi Celsius, raggiungendo lo stato di plasma. Questa condizione fisica estrema è il prerequisito fondamentale per innescare e sostenere il processo di fusione nucleare controllata, promettendo una fonte di energia pulita e virtualmente inesauribile.
Oltre al suo ruolo fondamentale di supporto al reattore DTT, la Frascati Coil Cold Test Facility sarà un asset prezioso a disposizione della comunità scientifica internazionale. L’infrastruttura potrà essere utilizzata per indagini e la qualifica di prototipi di cavi superconduttori ad alta temperatura critica. Questi materiali innovativi operano a temperature “più elevate”, fino a quella dell’azoto liquido, ovvero circa -196 °C. Questa capacità di testare tecnologie di frontiera favorirà lo sviluppo di applicazioni avanzate non solo nel campo della fusione, ma anche in settori diversificati come i trasporti (ad esempio, treni a levitazione magnetica) e le reti elettriche (per la trasmissione efficiente di energia).
Francesco Romanelli, presidente di DTT Scarl e docente di Fisica dell’Energia Nucleare all’Università degli Studi di Roma Tor Vergata, ha sottolineato l’importanza strategica di questo progetto: “Il DTT è un progetto strategico per l’Italia e per l’Europa. Con il Frascati Coil Cold Test Facility, mettiamo a disposizione della comunità scientifica internazionale un’infrastruttura unica per testare tecnologie chiave per la fusione”.
Ha aggiunto che “Una volta operativa, la Frascati Coil Cold Test Facility impiegherà un team di 10 tra tecnici e ricercatori, contribuendo in modo significativo allo sviluppo delle tecnologie per la fusione nucleare, una delle sfide energetiche più ambiziose del nostro tempo”. Questo investimento non solo consolida la posizione dell’Italia nel panorama della ricerca sulla fusione, ma promette anche di attrarre talenti e promuovere l’innovazione tecnologica a livello globale.
Un centro di eccellenza per la fusione nucleare
La Frascati Coil Cold Test Facility si configura come un’infrastruttura di importanza cruciale nel panorama della ricerca sulla fusione nucleare. Oltre al collaudo dei super magneti, questo laboratorio all’avanguardia verrà impiegato per la qualifica del sistema di alimentazione elettrica delle bobine toroidali, un sistema che sarà poi integrato nelle operazioni quotidiane del reattore Divertor Tokamak Test (DTT). Questo aspetto è fondamentale per garantire la stabilità e l’affidabilità dell’intero sistema magnetico che confinerà il plasma ad altissime temperature.
Un’ulteriore funzione strategica della FCCTF sarà il collaudo dei dispositivi di sicurezza progettati per proteggere i magneti da eventuali anomalie operative. Tra queste, un fenomeno critico è il quench, una condizione improvvisa e rapida in cui un superconduttore perde la sua capacità di condurre corrente senza resistenza. Questo evento può avere conseguenze severe, portando alla degradazione dei materiali superconduttori e compromettendo seriamente il funzionamento delle bobine. Testare e validare questi sistemi di protezione nella FCCTF è essenziale per assicurare la lunga durata e la sicurezza operativa dei complessi e costosi magneti del DTT.
Paola Batistoni, responsabile della Divisione Sviluppo Energia da Fusione dell’ENEA, ha evidenziato il ruolo strategico di questa struttura, affermando: “Con l’infrastruttura Frascati Coil Cold Test Facility, l’ENEA compie un passo decisivo nel rafforzare il proprio ruolo di riferimento nella ricerca sulla fusione nucleare”. Ha inoltre sottolineato che “Questa infrastruttura, la più avanzata del suo genere in Italia, non solo supporterà la realizzazione del reattore DTT, ma sarà anche al servizio della comunità scientifica internazionale, contribuendo allo sviluppo di tecnologie strategiche per l’energia del futuro”. L’FCCTF si posiziona quindi come un pilastro fondamentale per il progresso della fusione, non solo a livello nazionale ma anche su scala globale.
Componenti chiave e capacità operative
La Frascati Coil Cold Test Facility si distingue come un’infrastruttura di eccellenza nel panorama della ricerca sulla fusione nucleare, progettata per ospitare e testare componenti critici con precisione e capacità senza precedenti. Il laboratorio è dotato di strumentazioni e sistemi tecnologicamente avanzati, essenziali per le rigorose prove a cui saranno sottoposti i super magneti e altri elementi chiave per i futuri reattori a fusione.
Al centro del laboratorio si trova un criostato di imponenti dimensioni, capace di contenere magneti che raggiungono i 7 metri di lunghezza, 3 metri di larghezza e 1,7 metri di altezza, con un peso massimo di ben 17 tonnellate. Questa camera criogenica è cruciale per ricreare le condizioni operative estreme a cui i super magneti sono sottoposti nei reattori di fusione.
A supporto del criostato, un refrigeratore ad alte prestazioni è in grado di fornire un flusso costante di elio supercritico, fino a 73 grammi al secondo. La sua potenza refrigerante è notevole, con 500 W a 4,5 K (-269 °C) e 450 W a 16 K. Queste capacità sono indispensabili per mantenere i superconduttori alla temperatura critica necessaria per il loro funzionamento.
Per alimentare questi potenti magneti, il laboratorio è equipaggiato con un sistema di alimentazione elettrica all’avanguardia, capace di erogare una corrente impressionante di 43 kA. Tale potenza è fondamentale per generare i campi magnetici intensi richiesti per il confinamento del plasma.
La sicurezza dei magneti è garantita da una Fast Discharge Unit (FDU). Questo dispositivo è essenziale per proteggere i superconduttori dai fenomeni di “quench”, scaricando rapidamente l’energia immagazzinata nei magneti in caso di perdita della superconduttività, prevenendo così danni irreversibili.
Infine, la Frascati Coil Cold Test Facility include una postazione di misura dedicata con raffreddamento ad azoto liquido. Questa sezione è specificamente progettata per le indagini e la qualifica di prototipi di cavi superconduttori ad alta temperatura critica (HTS), con capacità di test fino a 20 kA. Questa versatilità permette al laboratorio di supportare non solo le tecnologie a bassa temperatura critica per il DTT, ma anche lo sviluppo di materiali superconduttori di nuova generazione, ampliando le sue applicazioni a futuri scenari energetici e tecnologici.
Per maggiori informazioni, visita il sito ufficiale dell’ENEA.
