RIFERIMENTI
Maurizio Lontano (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.) per la Fusione nucleare
Espedito Vassallo (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.) per l’energia solare
Sito web dell’Istituto: www.ifp.cnr.it
PRINCIPALI ATTIVITA’ NEL SETTORE ENERGIA
Le attività di ricerca dell’Istituto di Fisica del Plasma “P. Caldirola” (IFP) si svolgono prevalentemente nell’Area tematica della Fusione Termonucleare Controllata (FTC) e sono organizzate in 2 Aree Progettuali: “Fisica e Tecnologia del Plasma e della Fusione Termonucleare” e “Sviluppo di Impianti e Strumentazione per i Plasmi e per la Fusione Termonucleare”.
Coerentemente con gli obiettivi strategici del programma europeo sulla Fusione, la missione primaria dell’IFP consiste (a) nello sviluppare attività di Fisica e Tecnologie volte alla realizzazione del prototipo sperimentale di reattore a fusione ITER, in fase di costruzione in Francia, e di contribuire al suo successo scientifico; (b) nel partecipare al design concettuale di DEMO e dei suoi sistemi ausiliari; (c) nel contribuire alla formazione della nuova generazione di ricercatori nel campo Fusione e al loro inserimento tra il personale che condurrà la sperimentazione in ITER.
L’IFP dal 1976 ha fatto parte di quella che fino al 1985 è stata l’Associazione EURATOM-CNR e che in seguito è divenuta l’Associazione EURATOM-ENEA-CNR sulla Fusione, fino a tutto il 2013. In questo lungo periodo l’Istituto ha sviluppato diverse competenze riconosciute internazionalmente su temi pertinenti alla FTC. Tra queste la Fisica e la strumentazione relative all’uso delle onde millimetriche di potenza per il riscaldamento dei plasmi da fusione; le diagnostiche di plasmi termonucleari; lo studio sperimentale dei processi di interazione plasma-materiali; la teoria e i modelli teorici e computazionali per la propagazione di radiazione EM millimetrica nei plasmi magnetizzati e la elaborazione ed interpretazione di dati sperimentali sul trasporto di particelle, energia e momento nelle macchine di tipo tokamak.
Nel settore del riscaldamento dei plasmi da fusione con onde EM millimetriche di potenza, basato sull’interazione risonante onda-plasma alla frequenza di ciclotrone degli elettroni (Electron Cyclotron Resonant Heating, in breve ECRH) l‘IFP partecipa ad esperimenti su diversi tokamak europei, tra cui FTU (ENEA, Frascati), del cui impianto ECRH (1.6 MW a 140 GHz) il personale di IFP ha la responsabilità gestionale, AUG (IPP, Garching) e TCV (CRPP-EPFL, Losanna). In questo ambito, l’IFP ha realizzato e installato in FTU il nuovo lanciatore di potenza EC che permette di condurre esperimenti innovativi e di diretto interesse per ITER; nel 2010 l’IFP ha partecipato al “Feasibility Study of an ECRH System for JET” svolgendo ruoli importanti sia nella Fisica sia nel progetto del sistema di lancio della radiofrequenza; è impegnato in attività di progetto e di realizzazione di alcuni componenti prototipali dell’impianto ECRH (i carichi biolometrici) e di ottimizzazione dei lanciatori equatoriale e superiore di potenza ECRH, sotto Grant dell’agenzia europea “Fusion for Energy” e contratti di servizio ITER IO; nella implementazione del Consorzio europeo EUROFusion per la partecipazione alla EJP Cofund Action della CE per le attività nel settore EURATOM in H2020, all’IFP sono state attribuite la leadership dell’Area progettuale “EC Development: R&D and Conceptual Design” nel Work Package Heating & Current Drive (H&CD), e la funzione di Technical Responsible Officer/Subsystem Coordinator per Plasma H&CD nell’ambito della European JT-60SA Research Unit.
Pure sotto Grant F4E, l’IFP partecipa in Consorzi europei alle attività di progetto di tre importanti diagnostiche per ITER, la Plasma Position Reflectometry, la Radial Neutron Camera e la High Resolution Neutron Spectroscopy.
Il contributo dell’IFP al programma europeo sulla fusione comprende anche l’impegno con proprio personale in JET, sia nello sviluppo e installazione di diagnostiche di plasmi da fusione e nella sperimentazione relativa, sia nell’analisi interpretativa delle misure di trasporto di particelle, energia e momento del plasma.
Una parte importante delle attività di IFP è rappresentata dallo sviluppo di teorie e modelli numerici dei fenomeni di propagazione di radiazione EM nei plasmi da fusione magnetica e della riconnessione magnetica in plasmi non collisionali; si effettuano inoltre studi di trasporto nei tokamak mediante codici fluidi e cinetici; si sviluppano modelli per l’interpretazione degli spettri di emissione di neutroni e raggi gamma e per la dinamica delle polveri nei tokamak.
Il know-how acquisito dall’IFP nello sviluppo di diagnostiche di spettrometria per la fusione ha permesso di ottenere il coordinamento scientifico delle attività di progetto e realizzazione di rivelatori di tipo GEM per la caratterizzazione di fasci di neutroni nell’ambito del programma ESS ed in particolare per i progetti DANTE e Panarea del CNR.
Infine, allo scopo sia di studiare processi di Fisica di base in plasmi di laboratorio, sia di addestrare nuove generazioni di ricercatori, in collaborazione con CRPP-EPFL, Losanna, in IFP si è costruita la macchina lineare a plasma “GYM” su cui si effettuano esperimenti in scala su processi di turbolenza di plasma e si simulano le condizioni di plasma tipiche del divertore di un tokamak.
Infine, l’IFP è impegnato nella formazione e nel training di giovani ricercatori. Ricercatori Senior dell’IFP sono titolari di corsi specialistici presso l’Univ. Milano-Bicocca, e i laboratori del III e IV anno del corso di laurea in Fisica si svolgono presso l’IFP utilizzando la macchina GyM.
L’IFP è pertanto pienamente integrato nel programma europeo sulla fusione e possiede competenze e strumentazioni di forte rilevanza per le attività previste nella Roadmap, spendibili anche in altri settori scientifici come dimostra la partecipazione all’accordo CNR-Regione Lombardia sull’uso efficiente dell’energia solare e la recente partecipazione al bando per i Progetti Premiali con la proposta MATER del CNR.
INFRASTRUTTURE E STRUMENTAZIONE
Macchina lineare GyM (r= 125mm, L= 2100mm, B=1350G)
Gyrotron a 28 GHz, 15 KW
Solenoide da 1 T
XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
SIMS Secondary Ions Mass Spectroscopy
Intensificatore d’immagine da utilizzarsi in combinazione con video-camera veloce
Spettroscopio veloce a singolo canale (350-1000 nm).
Sistema di amplificazione di tensione per array di sonde elettrostatiche
Sorgente di RF a 13.56 MHz, 300 e 600 W
Sorgente di RF a 2.45 GHz, 3 KW
Sorgente di RF a 2.45 GHz da 1.6kW in continua /8Kw impulsato
Spettroscopio ottico ad alta risoluzione
Spettrometro di massa
Prototipo di microtorcia al plasma
Reattori al plasma RF a 13.56 MHz per sputtering e plasma enhanced chemical vapor deposition
Profilometri ottici e a forza atomica per misure dimensionali di precisione, rugosità e struttura superficiale
Lanciatore di potenza EC con specchi mobili installato sul tokamak FTU (ENEA)
Bolometri per misure di alta potenza in banda millimetrica
Telecamera a infrarossi per misure termografiche della distribuzione di potenza di fasci a microonde
Vector Network Analyzer, per misure di diagrammi di radiazione di antenne e parametri 4S, 26.5-170GHz
Camera anecoica per misure di diagrammi di radiazione di antenne
TEMATICHE/SETTORI DI INTERVENTO
- Efficienza energetica
- Produzione di energia da fonti rinnovabili
- Ricerca energetica di frontiera