“Allertare le difese nucleari”. Questa è la nuova minaccia del presidente russo Vladimir Putin alla Nato, in risposta alla pioggia di sanzioni finanziarie, arrivate dall’Unione Europea, dalla maggior parte dei Paesi Europei, da Stati Uniti e Australia. Si allunga così sull’Europa l’ombra della bomba atomica che evoca lo spettro della Guerra Fredda e della Seconda Guerra Mondiale . Del resto, fin dal primo intensificarsi della crisi russo-ucraina – ancora prima che Vladimir Putin desse l’ordine d’invadere lo Stato vicino – tutto il mondo guardava con apprensione all’arsenale nucleare della Russia.

In Russia sono attivi, ad oggi, 38 reattori nucleari, divisi in 11 centrali. Altri tre sono attualmente in costruzione, mentre una decina è stata ufficialmente chiusa e altri nove sono in fase di progettazione. Qui potete vedere la nostra infografica. L’energia nucleare ha generato, nel 2021, il 19 per cento dell’elettricità consumata dalla Russia. L’azienda pubblica Rosatom, leader del settore nella Federazione, ha in piano di coprire il 45-50 per cento del fabbisogno energetico del Paese entro il 2050, per poi arrivare al 70-80 per cento entro fine secolo. Per raggiungere queste cifre, Rosatom punta sul progetto Proryv (svolta), incentrato su reattori capaci di eliminare la produzione di scorie radioattive. Oltre ai progetti in corso, a partire dal 2000 la Russia ha aumentato la capacità produttiva dei suoi reattori più vecchi, opportunamente ammodernati e messi in sicurezza . A partire dagli Anni ’90, la produzione è aumentata del 25-30 per cento. Altra risorsa fondamentale per la Russia è l’uranio. I principali giacimenti del Paese sono quattro, così suddivisi e qui potete avere una info-grafica interattiva:

– Distretto transurale tra Chelyabinsk e Oms, dove si trova la miniera di Dalur ISL

– Distretto di Streltsovskij, vicino ai confini con Cina e Mongolia

– Distretto di Vitimsky, dove si trova la miniera di Khiagda ISL

– Distretto di Elkon, nella Repubblica di Sakha.

Le attività di esplorazione ed estrazione dell’uranio sono dal 2007 in mano alla società statale AtomRedMetZoloto (ARMZ), sussidiaria di Atomenergoprom. Quest’ultima è nata per un decreto siglato da Vladimir Putin il 27 aprile 2007, in applicazione ad una legge varata dal parlamento russo. Venne di fatto così fondata una delle maggiori compagnie nucleari al mondo, parte dell’azienda Rosatom : una società comprendente circa 350 aziende che si occupano di sviluppo civile e militare in campo nucleare.

La guerra tra Ucraina e Russia sta facendo emergere un altro problema: quello energetico. Molti Paesi stanno investendo in un nuovo tipo di nucleare, quello a fusione. Ma cos’è la fusione? Per fusione nucleare si intende la reazione che interessa Sole e stelle e che porta alla produzione di un’enorme quantità di energia. È un fenomeno che scaturisce fra deuterio (D) e trizio (T), due isotopi dell’idrogeno, a temperature e pressioni elevate dalla reazione: la loro reazione produce elio e libera energia, secondo il principio di equivalenza massa-energia. I nuclei dei due elementi possono interagire solo a distanze molto brevi e perché si avvicinino è necessario che la loro energia cinetica, e di conseguenza la temperatura, sia elevata. A questo punto,   la   miscela   di   deuterio   e   trizio   viene   elevata   fino   a   100   mln   di   gradi   per   tempi   di confinamento sufficientemente lunghi, in modo tale che i nuclei dei due elementi sperimentino molte   collisioni,   aumentando   così   la   possibilità   di   reazione .   Inoltre,   l’energia   liberata   dalle reazioni deve compensare sia le perdite di energia che quella usata per riprodurla. Il plasma formatosi dopo la combinazione dei due isotopi può essere confinato da un campo magnetico: in assenza di questo, le particelle si muoverebbero casualmente in ogni direzione, urtando le pareti del recipiente e facendo raffreddare il plasma. Invece, il campo magnetico fa sì che seguano traiettorie a spirale intorno a sue linee di forza, evitando così le pareti del recipiente.

A questo proposito, sono state studiate diverse configurazioni magnetiche per confinare il plasma: le più   importanti   oggi   sono   lo   Stellarator   e   il   Tokamak.   È   quest’ultima,   finora,   ad   aver   dato   i migliori risultati nella fusione a confinamento magnetico: è particolarmente stabile e permette lunghi tempi di confinamento del plasma. Si tratta di un dispositivo toroidale che presenta un involucro   cavo:   una   sorta   di   “ciambella”   in   cui   il   plasma   resta   confinato   tramite   un   campo magnetico   molto   forte. A differenza   dello   stellarator   che   «cerca   di   risolvere   il   problema   del confinamento   magnetico   completamente   dall’esterno,   cioè   senza   la   necessità   di   indurre   una corrente elettrica nel plasma» come spiega Paola Batistoni, responsabile della sezione Sviluppo e promozione della fusione dell’Enea «la forma della camera è costruita in modo tale che, in ogni punto del percorso seguito dal plasma, una combinazione di campi magnetici sia in grado di non farlo “scappare” via» . Purtroppo riuscire ad attuare questa tecnologia è attualmente ancora molto complesso e servirebbero dei supercomputer in grado di gestire il flusso magnetico punto per punto.

Per   arrivare   alla   realizzazione   di   un   reattore   a   fusione   vanno   raggiunti   alcuni   obiettivi fondamentali. Nell’ordine:

  • Il break-even: momento in cui l’energia generata dalla fusione eguaglia quella immessa dall’esterno per mantenere il plasma a temperatura termonucleare
  • L’ignizione: si verifica quando si ottiene l’auto-sostentamento della reazione di fusione ad opera dei nuclei di elio prodotti
  • La fattibilità tecnologica: prevede che il rendimento netto dell’impianto sia positivo.

Uno degli aspetti più importanti della fusione, è che «non produce scorie. Infatti, dalla reazione di fusione scaturiscono un neutrone e l’elio, che è un gas nobile ampiamente utilizzato nella vita  quotidiana.   L’assenza   di   scorie   radioattive   esclude   la   possibilità   di   incidenti   che   possono coinvolgere la popolazione ed eventuali criticità future da materiali residui». L’unico materiale radioattivo è all’interno della camera di reazione che non ha contatti con l’esterno. Inoltre, «la fusione   non   produce   gas   serra   ed   è   quindi   una   tecnologia   che   supporta   il   contrasto   al cambiamento climatico», aggiunge la Batistoni .

Reattori attualmente attivi:

  • ITER   (International Thermonuclear   Experimental   Reactor).   Si   tratta,   al   momento,   del progetto   più   ambizioso   al   mondo,   che   entrerà   in   funzione   nel   2035.   È   situato   nella Francia   del   Sud,   presso   Cadarache,   e   vede   la   collaborazione   di   35   Paesi:   il   fine   è   la costruzione   del   più   grande   tokamak   del   mondo,   un   dispositivo   di   fusione   magnetica pensato   per   provare   la   fattibilità   della   fusione   come   una   fonte   di   energia   basata   sugli stessi principi che alimentano il Sole e le stelle. Tra i principali Paesi membri spiccano Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti d’America. Ad oggi le imprese italiane hanno vinto oltre 1,8 miliardi di euro di commesse, più del 50% del valore totale del totale per ITER (escluse quelle relative alle strutture edili) .

Coordinate: 43.68912091014103, 5.761359695409681.

Fonte: https://www.iter.org/.

  • ASDEX Upgrade (Axially Symmetric Divertor Experiment). Situato in Germania presso il Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) a Garching e così chiamato per la sua speciale configurazione del campo magnetico, che permette l’interazione fra il carburante bollente e le pareti circostanti. Questo reattore e il suo antenato hanno gettato le basi per il progetto ITER .

Coordinate: 48.26394105437175, 11.671159249786669.

Fonte: https://www.ipp.mpg.de/16195/asdex

  • Wendelstein 7-X (abbreviato W7-X). Stellarator sperimentale costruito a Greifswaldin, in Germania, dal Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP), e completato nell’ottobre. È   un   progetto   nato   per   dimostrare   l’idoneità   dei   dispositivi   a   fusione   di   tipo stellarator per una centrale elettrica .

Coordinate: 48.26394105437175, 11.671159249786669.

Fonte: https://www.ipp.mpg.de/w7x

  • TVC   Tokamak   (Tokamak   à   configuration   variable).   Costruito   presso   l’École polytechnique fédérale de Lausanne, Svizzera, è un reattore sperimentale che serve per capire   i   flussi   di   plasma.   È   caratterizzato   da   un   recipiente   sottovuoto   rettangolare altamente allungato e da 16 bobine poloidali per la modellatura del plasma equamente ripartite in due pile situate su entrambi i lati del recipiente sottovuoto .

Coordinate: 46.51873068889358, 6.5667005019538145.

Fonte: https://www.epfl.ch/research/domains/swissplasmacenter/research/tcv/research_tcv_tokamak/

  • WEST (acronimo derivato da W – simbolo chimico del Tungsteno – ed Environment in Steady-state   Tokamak).   Tokamak sperimentale   in   funzione a Saint-Paul-lez-Durance Cedex, in Francia .

Coordinate: 43.68912091014103, 5.761359695409681.

Fonte: https://irfm.cea.fr/en/west/

  • MAST Upgrade (Mega Ampere Spherical Tokamak). Costruito presso il Culham Center for Fusion Energy in Inghilterra, è un tokamak in funzione. Il dispositivo si basa sulla macchina originale MAST, che ha funzionato dal 2000 al 2013. È stato ricostruito per consentire   prestazioni   più   elevate   –   impulsi   più   lunghi,   maggiore   potenza   di riscaldamento e un campo magnetico più forte – e un nuovo sistema di scarico plasma. MAST   Upgrade   sta   esplorando   la   strada   verso   centrali   elettriche   a   fusione   compatte, testando la tecnologia dei reattori e affrontando problemi di fisica per il progetto ITER. Mantiene il Regno Unito in prima linea nella ricerca globale sull’energia da fusione .

Coordinate: 51.657685709734345, -1.2262001073223001.

Fonte: https://ccfe.ukaea.uk/research/mast-upgrade/

  • JET   (Joint   European   Torus).   È   il   più   potente   tokamak   in   funzione   presso   il   Culham Center for Fusion Energy ed è l’unico a produrre energia da fusione in Europa. JET è stato progettato per studiare la fusione in condizioni che si avvicinano a quelle necessarie per una centrale elettrica. È l’unico esperimento in grado di operare con la miscela di combustibile deuterio-trizio che verrà utilizzata per l’energia da fusione commerciale. Da quando   ha   iniziato   a   operare   nel   1983,   JET   ha   compiuto   importanti   progressi   nella scienza e nell’ingegneria della fusione. Il suo successo ha portato alla costruzione della prima macchina per la fusione su scala commerciale, ITER, e ha accresciuto la fiducia nel tokamak come progetto per le future centrali elettriche a fusione.

Coordinate: 51.657685709734345, -1.2262001073223001.

Fonte: https://ccfe.ukaea.uk/research/joint-european-torus/

  • DTT   (Divertor   Tokamak   Test).   La   sua   costruzione   dovrebbe   terminare   alla   fine   del decennio e produrre il primo plasma per il 2028. Sarà il più grande reattore dopo ITER. È finalizzato   a:   esplorare   e   qualificare   soluzioni   di   scarico   di   potenza   alternative   per   la DEMO;   testare   la   fisica   e   la   tecnologia   di   vari   concetti   di   deviatori   alternativi   in condizioni   di   plasma   che   possono   essere   estrapolati   in   DEMO;   mostrare   se   la configurazione   alternativa   o   i   componenti   rivolti   al   plasma   in   metallo   liquido   sono tecnologicamente   fattibili,   tecnicamente   manutenibili   ed   economicamente   attraenti; formare   nuove   generazioni   di   ingegneri   e   scienziati   per   la   scienza   e   il   trasferimento tecnologico.   Le   principali   caratteristiche   del   DTT   sono   la   progettazione   di   sistemi avanzati e le nuove soluzioni tecnologiche e ingegneristiche in una varietà di campi tra cui   superconduttività,   flusso   di   calore   enorme,   controllo   in   tempo   reale,   elettronica   di potenza, materiali innovativi e manipolazione remota .

Coordinate: 41.82057671274144, 12.67213692414931.

Fonte: https://www.dtt-project.it/

  • FTU (Frascati Tokamak Upgrade). FTU, pur essendo un tokamak di medie dimensioni, ha una notevole complessità e richiede un numero elevato di sistemi (o sotto-impianti) per   il   suo   funzionamento.   Tali   sotto-impianti,   spesso   di   grandi   dimensioni,   sono fisicamente   installati   sia   nell’edificio   che   ospita   il   “toro”   (ovvero   il   nucleo   centrale costituito dalla camera da vuoto e gli avvolgimenti toroidali e poloidali) sia in vari altri edifici dislocati intorno a questo .

Coordinate: 41.82057671274144, 12.672136924149314.

Fonte: http://www.fusione.enea.it/FTU/index.html.it

  • SPARC. Tokamak in ultimazione, sarà acceso nel 2025. È un progetto del Plasma Science and   Fusion   Center   (PSFC)   del   MIT,   noto   a   livello   internazionale   come   un   importante centro di ricerca universitario per lo studio della scienza e della tecnologia del plasma e della   fusione   con   attività   di   ricerca   in   quattro   aree   correlate.   I   ricercatori   del   PSFC studiano l’uso di forti   campi magnetici per confinare   il plasma alle alte temperature e pressioni richieste per l’energia di fusione pratica. Questa ricerca è condotta utilizzando strutture   sperimentali   in   loco,   teoria   e   simulazione   e   collaborazione   con   ricercatori   di altre   strutture .   Scienziati,   studenti   e   ingegneri   della   PSFC   eseguono   esperimenti   e sviluppano tecnologie per confinare e riscaldare il plasma e per gestire le interazioni tra il plasma e i materiali del reattore.

Coordinate: 42.3591083162673, -71.10405792613737.

Fonte: https://www.psfc.mit.edu/sparc

  • NSTX-U (National Spherical Torus Experiment-Upgrade). Tokamak entrato in funzione per fini sperimentali nel 2015. Costruito al PPPL (Princeton Plasma Physics Laboratory), il dispositivo sferico ha la forma più simile a una mela con il torsolo rispetto alla forma a ciambella   dei   tokamak   convenzionali   e   può   produrre   plasmi   ad   alta   pressione   – ingredienti essenziali per le reazioni di fusione – con campi magnetici relativamente bassi ed   economici.   Questa   capacità   rende   il   design   sferico   compatto   dell’NSTX-U   un candidato per fungere da modello per un impianto pilota a fusione seguito da un reattore a fusione commerciale .

Coordinate: 40.34948652713213, -74.60124282551195

Fonte: https://www.pppl.gov/research/nstx-u

  • T-15MD   (Tokamak   15MD).   Il   T-15MD   è   una   nuova   macchina   creata   al   posto   del tokamak T-15, il secondo tokamak superconduttore russo (dopo il T-7), che ha operato al Kurchatov dal 1988 al 1995. La macchina originale è stata completamente smontata nel 2017   e   tutte   le   principali   componenti   sono   stati   modernizzate,   dal   riscaldamento   al plasma ausiliario e dai sistemi di azionamento della corrente ai nuovi sistemi di magneti argento-rame non superconduttori, fino alle superfici interne in grafite. Il tokamak russo potenziato estenderà il dominio operativo delle macchine “ITER-complementari”, con un programma   sperimentale   che   contribuirà   alla   determinazione   dei   parametri   operativi ottimali per ITER e per i futuri reattori a fusione.

Coordinate: 55.830527827773736, 37.47286166661784.

Fonte: https://www.iter.org/newsline/-/3622

  • KSTAR   (Korea   Superconducting   Tokamak   Advanced   Research)   è   un   tokamak   in funzione   situato   al   Korea   Institute   of   Fusion   Energy   in   Daejeon,   South   Korea.   In funzione   ha   battuto   diversi   record   di   accensione.   Letteralmente   “dispositivo  di   ricerca sulla   fusione   nucleare   superconduttore”,   è   un   dispositivo   di   fusione   magnetica   situato presso il Korea Institute of Fusion Energy di Daejeon, nella Corea del Sud. Ha lo scopo di studiare gli aspetti dell’energia di fusione magnetica che saranno pertinenti al progetto ITER sulla fusione come parte del contributo di quel Paese allo sforzo ITER. Il progetto è stato approvato nel 1995 ma la costruzione è stata ritardata dalla crisi finanziaria dell’Asia orientale   che   ha   indebolito   notevolmente   l’economia   sudcoreana;   tuttavia   la   fase costruttiva   del   progetto   si   è   conclusa   il   14   settembre   2007.   Il   primo   plasma   è   stato realizzato nel giugno 2008 .

Coordinate: 36.372209156444505, 127.35217610426652.

Fonte: https://www.nfri.re.kr/kor/pageView/19

  • EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Tokamak cinese, situato a Hefei,   in   funzione   per   uso   sperimentale.   Il   30   dicembre   2021   è   stato   mantenuto   un impulso   di   plasma   per   1056   secondi,   che   ha   creato   un   nuovo   record   mondiale   di accensione. Il “sole artificiale” cinese ha stabilito un nuovo record mondiale dopo aver surriscaldato un ciclo di plasma a temperature cinque volte più calde del sole per più di 17 minuti. Il reattore a fusione nucleare ha mantenuto una temperatura di 158 milioni di gradi Fahrenheit (70 milioni di gradi Celsius) per 1.056 secondi. Il risultato avvicina gli scienziati a un piccolo ma significativo passo avanti verso la creazione di una fonte di energia   pulita   quasi   illimitata.   Il   reattore   sperimentale   a   fusione   nucleare   cinese   ha infranto il record precedente, stabilito dal tokamak francese Tore Supra nel 2003, in cui il plasma in un circuito di avvolgimento è rimasto a temperature simili per 390 secondi. EAST aveva precedentemente stabilito un altro record nel maggio 2021 correndo per 101 secondi a 216 milioni di F (120 milioni di C) senza precedenti. Il nucleo del sole reale, al contrario, raggiunge temperature di circa 27 milioni di F (15 milioni di C) .

Coordinate: 31.82137402078186, 117.22787181498276.

Fonte: https://www.livescience.com/chinas-1-trillion-artificial-sun-fusion-reactor-just-

got-five-times-hotter-than-the-sun.

Fonte: http://english.ipp.cas.cn/rh/east/

  • JT-60SA (Japan Torus-60). Servirà come satellite di ITER. JT-60SA è un esperimento di fusione   progettato   per   supportare   il   funzionamento   di   ITER   e   per   studiare  il   modo migliore per ottimizzare il funzionamento delle centrali elettriche a fusione costruite dopo ITER.   Si   tratta   di   un   progetto   internazionale   congiunto   di   ricerca   e   sviluppo   che coinvolge   il   Giappone   e   l’Europa   e  sarà   costruito   a   Naka,   in   Giappone,   utilizzando l’infrastruttura   dell’attuale   esperimento   di   aggiornamento   JT-60.   SA   sta   per   “super avanzato”,   poiché   l’esperimento   avrà   bobine   superconduttrici   e   studierà   modalità avanzate di funzionamento del plasma .

Coordinate: 36.47545779590196, 140.53673721712528.

Fonte: https://www.jt60sa.org/b/index.htm

Qui potete vedere la nostra info-grafica interattiva.

«Quest’anno ci sono stati due passaggi importanti per la fusione, seppur non definitivi: il campo magnetico che regge e contiene i necessari Tesla (esperimento di CFS e MIT) e un esperimento di   JET che   ha   prolungato   la   generazione   di   energia».   Sono   le   parole   di   Massimo   Nicolazzi, consulente senior di ISPI per la sicurezza energetica e presidente di Centrex Italia. Al momento nel mondo sono circa trenta le fonti che stanno investendo nel nucleare; addirittura gli Stati Uniti hanno annunciato la sperimentazione di un prototipo che sarà pronto in due anni. Sulla riuscita di queste   sperimentazioni,   Nicolazzi   si   dimostra   tuttavia   scettico:   «Le   sperimentazioni   sono   su prototipi per il 2024 e i più ottimisti pensano di arrivare ad una produzione industriale per il 2021. Anche se venissero costruite delle centrali a fusione, non potranno essere replicate in serie in breve tempo. Basti pensare che per costruirne una a fissione semplice di vogliono circa 10 anni. Degli small modular reactors forse verranno alla luce e non so se si diffonderanno» . Ma mentre negli Stati Uniti sono soprattutto fondi privati ad investire nel nucleare, in Europa è il comparto pubblico, con esperimenti come JET o ITER. A gettare un ponte fra i due continenti è ENI,   che   possiede   una   quota  importante   nel   MIT   per   lo   sviluppo   di   SPARC.   Qualora quest’ultimo funzionasse, molto probabilmente si cercherà di riprodurlo anche in Europa; anche se   non   ci   sarà   il   monopolio   della   tecnologia   perché   sono   molte   le   società   che   vi   stanno investendo.

Di   simile   parere,   almeno   sulle   tempistiche,   è   Simone   Tagliapietra,   docente   dell’Università Cattolica e della John Hopkins University – SAIS Europe, impegnato soprattutto negli ambiti di politica climatica ed energetica e di economia politica della decarbonizzazione globale. «È giusto seguire gli sviluppi della fusione nucleare ma non possiamo pensare a questa soluzione come fattibile per i prossimi anni o decenni. La fusione avrebbe potenziale per risolvere i problemi energetici ma sono trent’anni che non ci sono sviluppi in quel senso» . La stessa Batistoni non fornisce   una   data   certa   ma   fa   delle   previsioni   sulla   fusione:   «Se   il   progetto   ITER   dovesse raggiungere i risultati prefissati si procederà con la costruzione del Demonstration Power Plant (DEMO), che dovrà produrre energia elettrica. Questo è l’ultimo reattore di ricerca sulla fusione nucleare, previsto per il 2050, prima della messa in opera dei reattori commerciali veri e propri.»

Insomma,   la   prospettiva   commerciale   della   fusione   è   ancora   lontana;   è   prudente   seguire parallelamente altre tecnologie, sperando che prima o poi si arrivi a un risultato concreto.

Questo servizio è stato realizzato da @Magzine in collaborazione congiunta con il team di data journalism di Visualeyed powered by Data Talk and The Visual Agency.