Science, 14 May 93, Vol. 260, pg. 895 - Ivan Amato - L’annunzio dato dai due ricercatori Martin Fleischmann e Stanley Pons di aver ottenuto la fusione fredda immergendo degli elettrodi di palladio in acqua pesante e facendo scorrere corrente da un anodo di platino, ha provocato come si sa molto scetticismo e critiche. Tuttavia si è creato uno stato di confusione nella remota possibilità di trovarsi di fronte ad un nuovo fenomeno nella scienza dello stato solido. I due ricercatori continuano nei loro esperimenti sostenendo di avere una produzione di calore in eccesso a quella fornita.
Science, 15 Oct 93, Vol. 261, pg. 327 - Alexander Dorozynski - Il reattore nucleare Superphenix, progettato come autofertilizzante (fast breeder) cioè capace di produrre più materiale fissile di quanto non ne consuma e rimasto inattivo fin dalla costruzione, sembra che venga rimesso in funzione il prossimo anno, ma per essere utilizzato come inceneritore di plutonio. Come autofertilizzante il reattore veniva circondato da una fascia di uranio-238 non fissile che sotto bomberdamento di neutroni si trasformava in plutonio-339 fissile. Come inceneritore, invece, potrebbe distruggere da 15 a 25 kg di plutonio producendo un miliardo di kWh di elettricità. Tuttavia il ministro dell’ambiente denunzia i rischi del trasporto del plutonio.
Science, 26 Nov 93, Vol. 262, pg. 1368 - Peter Aldhous - Il premio Nobel italiano Carlo Rubbia, capo del CERN di Ginevra, in un recente seminario ha delineato la possibilità di applicare la tecnologia degli acceleratori alle centrali nucleari. La proposta è di sviluppare un reattore usando il Torio come combustibile; il Torio non produce direttamente fissione nucleare ma, se bombardato con neutroni, si trasforma in Uranio 233 che è fissile e che, colpito da neutroni, si divide producendo energia ed altri neutroni, ma poiché i neutroni prodotti sono pochi, la reazione non si autosostiene ed è necessario un acceleratore di protoni che quando colpiscono nuclei pesanti producono altri neutroni. I vantaggi di un tale sistema è che il Torio produce pochi prodotti radioattivi a lunga vita, poco plutonio e quindi viene minimizzato il rischio di proliferazione di armi nucleari e inoltre sono impossibili gli incidenti perché la reazione è sostenuta dall’acceleratore. Come conferma Rubbia, l’idea è nata nel gruppo di Charles Bowman del Los Alamos National Laboratory e fino ad oggi non ha avuto successo presso l’industria nucleare tradizionale. Sebbene il Torio sia abbondante anche l’Uranio lo è per il momento. Il sostegno dato da una personalità come Rubbia potrebbe avere un effetto positivo.
Science, 3 Dec 93, Vol. 262, pg. 1504 - Gary Taubes - La fusione mediante laser, nota come fusione a confinamento inerziale, si è sviluppata nell’ambito delle ricerche militari, ma ora il DOE la sta promuovendo con il National Ignition Facility (NIF) nei laboratori di Livermore. Il sistema sfrutterà da 160 a 240 laser al neodimio ciascuno da 10 kilojoule da focalizzare sul bersaglio formato da sferette di isotopi dell’idrogeno la cui fusione fornirebbe da 10 a 20 megajoule. Anche se il sistema entrerà in funzione nel 2001avrà poi molta strada da fare prima di diventare una sorgente di uso pratico. Infatti il sistema attuale potrà sparare circa un colpo all’ora mentre una centrale dovrà avere un rate di 5 -10 colpi al secondo. C’è un problema di dissipazione delle ottiche. Una soluzione più pratica potrebbe essere nell’uso di un acceleratore ad ioni che produce raggi X per il confinamento inerziale.
Science, 29 Apr 94, Vol. 264, pg. 648 - Christopher Anderson - Il 10 dicembre 1993, presso il Princeton Plasma Laboratory, il Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) ha raggiunto i 6 milioni di watt di potenza come reattore di fusione. Tuttavia alla fine del 1994 il progetto sarà chiuso in quanto tutto il programma della fusione negli USA si sta trasformando dalla fase degli esperimenti sulla fisica del plasma ad una fase più industriale. Fino ad oggi, negli ultimi 40 anni, sono stati spesi 7,4 miliardi di US$ ed a partire dagli anni 2000 gli USA intendono concentrare i loro investimenti in due macchine: il Tokamak Physics Experiment (TPX) da 700 milioni di US$ a Princeton, con l’uso di magneti a superconduzione, per dimostrare il confinamento continuo del plasma ad alta pressione, e nell’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), progetto multinazionale con un costo stimato di 8-10 miliardi di US$, per dimostrare la produzione continua di potenza dell’ordine di migliaia di MW. Dei programmi non US, attualmente il più grande è il Joint European Torus (JET) vicino Oxford, Inghilterra, che viene considerato un buon test bed per i problemi critici del progetto ITER. Nel 1994 il budget del DOE per la fusione è di circa 300 milioni di US$ rispetto ai circa 750 del 1977. Per il momento il progetto ITER è in fase organizzativa ed i costi di cooperazione si dimostrano già molto alti.
Science, 17 Jun 94, Vol. 264, pg. 1655 - Science Scope - Gli attivisti antinucleari hanno bloccato per il momento il progetto di fusione nucleare del National Ignition Facility (NIF) mediante laser ad alta energia presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California. Si è richiesto il DOE di dare maggiori giustificazioni e di ritardare la decisione finale. Gli antinuclearisti sospettano che il progetto sia volto più allo sviluppo di nuove armi.
Science, 28 Oct 94, Vol. 266, pg. 538 - Andrew Lawler - La scorsa settimana l’Amministrazione Clinton ha annunziato di voler mandare avanti il progetto da 1,1 miliardi di US$ del National Ignition Facility (NIF) al Lawrence Livermore Laboratory per realizzare la fusione nucleare via laser. Il sistema comprenderà 192 laser di potenza che focalizzeranno 1,8 milioni di joule su un piccolo contenitore di idrogeno in 3 miliardesimi di secondo. Le radiazioni comprimeranno il materiale a 100 miliardi di atmosfere e convertiranno l’idrogeno in elio come all’interno del Sole. Il processo dovrà generare un’energia 10 volte più grande di quella fornita. La costruzione dovrà iniziare nel 1996 ed essere completata nel 2002.
Science, 2 Dec 94, Vol. 266, pg. 1471 - James Glanz - Al Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) dell’università di Princeton, nel sistema a confinamento magnetico dove il plasma viene portato a centinaia di milioni di gradi, si sono raggiunti i 10,7 Mw di potenza di fusione per un decimo di secondo superando i 6 Mw raggiunti a dicembre del 1993. Il livello di radioattività della reazione deuterio-tritio è stato sorprendentemente basso. Per il prossimo anno dal budget della fusione è stata assegnata una quota per mantenere in funzionamento il TFTR per lo studio della fisica del plasma confinato, mentre la parte maggiore verrà dedicata alla nuova fase detta Tokamak Physics Experiment (TPE) per la fusione sostenibile. Gli studi della fusione sono attualmente condotti anche a S. Diego con il D-IIID, in Inghilterra con il JET e in Giappone con lo JT-60U, il futuro è rappresentato dal progetto internazionale ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
Science, 9 Dec 94, Vol. 266, pg. 1639 - Robert Pool - Presso il Lawrence Livermore National Laboratory, mentre è in costruzione il NOVA, il sistema laser per la fusione nucleare, si costruisce anche una nuova macchina dal costo di 2000 US$ costituita essenzialmente da un contenitore di acqua circondato da trasduttori acustici. Questo nuovo sistema dovrebbe produrre temperature e pressioni solo di due o tre ordini di grandezza inferiori a quelli del NOVA. Il principio che si vuole applicare è quello della sonoluminescenza: al passaggio nell’acqua di onde sonore si possono formare miriadi di piccole bolle d’aria che poi collassano emettendo un lampo di luce. Accordando in modo opportuno la frequenza della sorgente acustica si può creare una bolla singola e stabile che si espande e contrae emettendo luce in modo sincrono con l’onda acustica. Si è scoperto che l’impulso luminoso dura meno di 50 picosecondi ed all’interno della bolla si producono temperature di molte decine di migliaia di gradi generate nello shock di implosione delle bolle. Dalle simulazioni, con durate di 10 picosecondi, si raggiungono fino a 1 milione di gradi e 100 milioni di atmosfere. I ricercatori pensano già di aumentare questi limiti di uno o due ordini di grandezza per produrre la fusione di bolle di deuterio. L’emissione di neutroni sarà un indice dell’avvenuta reazione nucleare.
Science, 13 Oct 95, Vol. 270, pg, 227 -James Glanz - Nonostante la progressiva riduzione delle riserve nucleari è sempre necessario mantenere una continua produzione di trizio, il componente delle bombe a idrogeno. Il trizio è un isotopo radioattivo dell’idrogeno e decade con un tasso del 5,5% l’anno. Il trizio si produce con una tecnologia molto semplice bombardando con neutroni delle barre di litio in un reattore nucleare. L’uso di un reattore commerciale può essere sostituito da un generatore di neutroni prodotti da un fascio di protoni accelerati su un bersaglio di tungsteno. In questo caso i neutroni, rallentati in acqua, irradiano dell’elio-3 che si trasforma in trizio. L’uso dell’acceleratore viene preferito alla realizzazione di nuovi reattori perché è sicuro e non produce residui radioattivi a lunga vita e quindi può essere costruito senza problemi ambientali.
Science, 19 Jan 96, Vol. 271, pg. 282 - Andrew Lawler - Lo scorso mese, nell’ultima riunione del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) a Monaco, i rappresentanti del Giappone hanno espresso il loro forte supporto alla costruzione dell’ITER. Anche i rappresentanti europei e quelli della Russia sono infervorati dal progetto. Molte sono le proposte per ospitare l’impianto; gli USA sembrano invece i più freddi fra i partner, data la presente situazione del loro budget, ma Corea e Cina sono pronti a fornire il loro supporto. Il budget annuale per la fusione termonucleare è oggi di 600 milioni di US$ per l’Europa, 500 milioni per il Giappone e solo 244 milioni per gli USA. Il progetto ha due obiettivi: dimostrare la possibilità di un processo controllato e continuo di fusione del plasma di deuterio e trizio e sviluppare e provare le tecnologie per i generatori di potenza commerciali a fusione. Il costo previsto per il progetto è circa 7 miliardi di US$ più 1 miliardo di US$ per il team di costruzione; l’inizio è previsto per il 1998 e la fine nel 2008. All’origine il contributo di ciascun partner doveva essere del 20% e un contributo doppio per il paese che aveva il privilegio della sede. La situazione è cambiata con la decisione USA di ridurre la sua partecipazione; il Giappone però è informalmente disposto a partecipare con un 70% del costo per avere la sede nel proprio paese, ma anche i paesi europei si propongono per la sede. Anche il Canada ha proposto due siti vicini al confine con gli USA ed alla sorgente di trizio e potrebbe essere visto come un compromesso fra Europa e Giappone, ma i nuovi paesi asiatici, come la Corea e la Cina che mostrano il loro crescente interesse al progetto ITER potrebbero ancora spostare il baricentro del progetto dall’Europa e dall’America.
Science, 19 Apr 96, Vol. 272, pg. 352 - Richard Stone - Il 26 aprile 1996 faranno 10 anni da quando si è verificata l’esplosione nella centrale nucleare n. 4 di Chernobyl in Ukraina ed ancora schiere di scienziati si chiedono che cosa sia realmente successo e soprattutto quale è stato il destino delle 190 tonnellate di ossido di uranio presenti nel reattore. L’inizio della storia è noto: durante le prove a bassa potenza gli operatori hanno rimosso le barre di controllo ed hanno ridotto il flusso dell’acqua di raffreddamento. L’insufficiente raffreddamento portò il reattore all’instabilità. Osservatori esterni avvertirono una prima sorda esplosione seguita parecchi secondi dopo da una più violenta e da un lampo che segnò la distruzione del reattore. La prima esplosione fu dovuta al rapido riscaldamento dell’acqua di raffreddamento per l’aumento della potenza generata che frammentò il combustibile. Sulla seconda esplosione si è ancora discordi, ma si trattò di una vera esplosione con emissione di materiale radioattivo all’esterno stimato a 50 milioni di curie di radionucleidi. Gli elicotteri sovietici poi fecero cadere sopra l’impianto più di 5000 tonnellate di materiale: sabbia, boro, piombo e dolomite, ma l’emissione radioattiva continuò raggiungendo i 150 milioni di curie. Si stima che all’esplosione la temperatura raggiunta sia stata di 2255 °C e che per almeno 4 giorni la lava all’interno si mantenne a temperatura di 1660 °C. Sono stati trivellati 144 fori nel muro ovest ed i probe inseriti hanno misurato alte dosi di raggi gamma e neutroni. Il problema attuale sta nelle infiltrazioni di acqua meteorica che funzionando da moderatore dei neutroni favorisce la reazione di fissione. Un segno di questo si ebbe nel giugno 1990 quando, dopo violente piogge, si registrò un aumento del flusso di neutroni. Il reattore n.4 di Chernobyl è uno dei 28 reattori raffreddati ad acqua e con moderatori a grafite dell’Unione Sovietica. Questi reattori, nonostante il gran numero di modifiche subite per aumentarne la sicurezza, sono giudicati dagli esperti occidentali intrinsecamente instabili. Ci sono state molte pressioni politiche per fare chiudere gli altri reattori di Chernobyl, ma l’Ukraina ha bisogno della potenza da essi generata e aspetta concreti finanziamenti e la sostituzione con impianti a vapore prima di chiuderli.
Science, 26 Apr 96, Vol. 272, pg. 465 - Philip H. Abelson (Editorial) - Gli Usa hanno attualmente in operazione 110 reattori nucleari di potenza che generano circa il 20% del fabbisogno di elettricità, ma negli ultimi 10 anni (dopo il disastro di Chernobyl del 1986) non è stata più autorizzata la costruzione di altri reattori. Nell’Asia dell’Est invece un gran numero di nuovi reattori sono stati costruiti in tempi brevi (da 4 a 5 anni) con tecnologie che offrono sicurezza e affidabilità superiore a quella degli impianti esistenti negli USA. Il Giappone ha 49 reattori di potenza da cui ottiene il 30% della sua elettricità ed ha pianificato di costruirne altri 40 per arrivare al 42% del suo fabbisogno nel 2010. La Corea del Sud ha 11 reattori in operazione e 19 in costruzione o autorizzati. Taiwan ne ha 6 operativi e cerca siti per altri. L’Indonesia pianifica di acquistare 12 reattori di potenza e la Repubblica Popolare Cinese (PRC) ne ha 3 operativi ed altri 3 sotto contratto. Negli USA la domanda di elettricità aumenta molto lentamente e ciò, unito ai complessi regolamenti definiti negli anni ‘80 dopo l’incidente di Three Mile Island che hanno portato i tempi di costruzione a 10,5 anni, rallenta ogni decisione. Le economie dell’Asia invece crescono rapidamente e così la domanda di elettricità; nella Corea del Sud il costo dell’energia generato con le centrali nucleari è oggi più basso di quello di altre sorgenti. L’Asia dell’Est diviene così l’area con maggior numero di ingegneri nucleari e maggiore esperienza nella fabbricazione di impianti nucleari mentre gli USA gradualmente si portano ad un secondo livello.
Science, 5 Jul 96, Vol. 273, pg. 21 - Science Scope - Il programma Topaz di collaborazione fra USA e Russia, iniziato 5 anni fa, per lo sviluppo di un reattore nucleare spaziale come uno dei modi per inviare sonde spaziali fuori dal sistema solare o uomini su Marte, viene messo in discussione ora dal National Research Council che chiede di interromperlo al più presto a meno che non si inserisca negli studi a lungo termine dei reattori termoionici del DOD.
Science, 8 Nov 96, Vol. 274, pg. 913 - Richard A. Kerr - La proposta di realizzare un deposito di materiali radioattivi, residui delle centrali nucleari, sulle Yucca Mountain in Nevada, fa sorgere domande sulla stabilità tettonica della zona. Poiché entro 40 km dal sito scelto vi sono dozzine di giovani vulcani, ci si chiede quale sia la probabilità che nei prossimi 10000 anni l’eruzione di uno di questi vulcani lasci indisturbata una massa di 70000 ton di materiale altamente radioattivo. C’è anche il pericolo che questo deposito raggiunga una massa critica ed esploda o che si verifichi un’alluvione, ma si tratta di due ipotesi molto improbabili. Il vulcanismo del passato è un buon indice per quello futuro. Un milione di anni fa un vulcano è sorto a 10 km ed un altro a 15 km negli ultimi 100000 anni (forse 20000 anni fa). La probabilità calcolata che il magma di un’eruzione arrivi al deposito è di 1/10000 nei prossimi 10000 anni con un livello di confidenza del 90% per un intervallo da 5 casi su 1milione a 5 casi su 10000.
Science, 6 Dec 96, Vol. 274, pg. 1600 - James Glanz - Il megaprogetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) da 10 miliardi di US$, sponsorizzato da USA, Russia, Europa e Giappone, si prefigge di realizzare il primo reattore di fusione controllato continuo utilizzante un plasma di deuterio e trizio intrappolato magneticamente a 1 milione di gradi. Questo obiettivo potrebbe però essere reso difficile dalla scoperta, fatta da due ricercatori dell’Institute for Fusion Studies (IFS) dell’Università del Texas, del problema della turbolenza del plasma che potrebbe dissipare l’energia della trappola magnetica. Questo effetto dipende dalle dimensioni della macchina e non era consistente con le prime macchine fino ad ora costruite. Per il reattore del progetto ITER l’effetto potrebbe essere tale che, invece di generare 1500 megawatt, si verrebbe a produrre solo poche volte la potenza usata all’accensione (100 Mw). La causa della turbolenza è che gli ioni del plasma sono soggette ad una forza centrifuga che tende a portarli fuori dalle linee di forza del campo magnetico e si creano delle oscillazioni che favoriscono questa fuga. La teoria è stata sviluppata con un modello ed i calcoli sono estremamente complessi. Un modo di contrastare questo effetto sarebbe quello di indurre delle velocità che sopprimono queste turbolenze mediante onde radio iniettate intorno al tokamak per spingere il plasma verso il centro; anche una diversa forma del tokamak potrebbe influenzare queste turbolenze.
Science, 6 Dec 96, Vol. 274, pg. 1603 - Alexander Hellerman - L’European Commission della EU ritiene che il reattore del progetto ITER deve avere sede in Europa e ciò richiederà un aumento del 50% del finanziamento ora a livello di 285 milioni di US$ l’anno nella prima decade del prossimo secolo. L’Italia è la sola nazione che ha espresso il desiderio di ospitare l’ITER. Dal punto di vista tecnico si suggerisce di investigare anche la tecnologia detta stellarator per il confinamento del plasma che opera in condizioni stazionarie riscaldando dall’esterno.
Science, 14 Mar 97, Vol. 275, pg. 1569 - PeterWeiss - I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory e del National Research Laboratory si preparano a costruire dei laser capaci di alta potenza ed alta frequenza di ripetizione degli impulsi per innescare la fusione nucleare con sistema a confinamento inerziale. Il primo prototipo, chiamato Mercury, in 3 anni e 7 milioni di US$, sarà capace di emettere impulsi da 100 miliardi di watt ogni decimo di secondo. Questo non è ancora sufficiente per una centrale a fusione, ma seguirà il progetto Venus 10 volte più potente ed entro il 2020 o 2030 il progetto Terra con 10 terawatt. Per queste potenze la tecnologia dei laser deve essere migliorata e si pensa anche di usare come pompa un altro laser. Ci sono tuttavia i sostenitori del metodo dei fasci di ioni che guardano con scetticismo al laser a causa delle lenti di vetro per focalizzare i fasci che soffrono dell’effetto ottica finale dovuto alle radiazioni della fusione nucleare; queste oscurano le lenti finali mentre i fasci di ioni possono essere focalizzati mediante campi magnetici.
Science, 28 Mar 97, Vol. 275, pg. 1871 - Michael Balter - La scorsa settimana il ministro della sanità francese ha disposto che le autorità locali inizieranno la distribuzione di compresse di iodato di potassio (KI) a circa 600000 persone che vivono entro 10 km dalle 24 installazioni nucleari incluse le 20 centrali nucleari di potenza. In caso di incidente nucleare i residenti prenderanno le pastiglie per saturare la loro tiroide con isotopi stabili di iodio evitando di acquisire radioisotopi che possono provocare il cancro. Dopo l’episodio di Chernobyl del 1986 la World Health Organization (WHO) ha raccomandato che gli scolari in Europa abbiano accesso immediato alle pastiglie di KI in caso di incidenti nucleari. La decisione francese viene criticata perché il rischio non si ferma entro un raggio di 10 km e inoltre l’ingestione di KI da parte di persone con età maggiore di 45 anni può provocare disfunzioni tiroidee in chi già soffre di scompensi. Gli esperti avvertono sui rischi di mettere il KI nelle mani della popolazione che può perderle o usarle in modo incorretto. Negli USA si preferisce come azione protettiva l’evacuazione o il rifugio schermato perché il KI richiede diverse ore per divenire efficace.
Science, 16 May 97, Vol. 276, pg. 1019 - Science Scope - Nella miniera di Oklo in Gabon, in Africa occidentale, si trova una massa di minerale di uranio che circa 2 miliardi di anni fa ha bruciato come un grande reattore nucleare. Questo reattore naturale è stato scoperto nel 1972 quando fu notato che il rapporto fra gli isotopi dell’Uranio 235 e 238 era molto basso e gli studi hanno rivelato che il 235 era stato consumato per fissione in condizioni particolari fra cui la presenza di acqua che agiva da moderatore.
Science, 30 May 97, Vol. 276, pg. 1348 - Lawrence A. Crum - Nella sonoluminescenza singole bolle di gas in un liquido, sottoposte ad ampie oscillazioni dovute ad onde acustiche, irradiano luce visibile ad ogni periodo di oscillazione. L’emissione è estremamente breve (<50 ps) ed il contenuto spettrale denota temperature come quelle della superficie del Sole (7000 °C) e persino dell’ordine del milione di gradi rendendo potenzialmente possibile la fusione nucleare. I modelli teorici che si basano sull’implosione di onde d’urto predicono diversi milioni di gradi e sperimentalmente si è visto che nel collasso la superficie della bolla si muove a velocità di Mach 4. L’emissione non è generalmente isotropica e ciò significa che le bolle possono essere anche asimmetriche inoltre applicando un campo magnetico si viene a raddoppiare l’intensità luminosa. Per il momento il fenomeno non è completamente chiarito e ci sono più domande che risposte.
Science, 18 Jul 97, Vol. 277, pg. 304 - James Glanz - Dopo il divieto degli esperimenti nucleari gli esperti del Department of Energy (DOE) appoggiano la costruzione del National Ignition Facility (NIF), un progetto da 1,2 milioni di US$ del Lawrence Livermore National Laboratory che dopo il 2001 dovrebbe concentrare 500 trilioni di watt di radiazione laser coerente su un bersaglio sferico dalle dimensioni di un granello di pepe per innescare una fusione nucleare. Il progetto è considerato cruciale per quello che viene chiamato il supporto alle riserve atomiche: il programma per monitorare ed assicurare l’efficienza delle riserve atomiche senza fare esplodere nessuna testata. I risultati degli esperimenti saranno combinati con i calcoli di un supercomputer che dovrà valutare gli effetti che tutti i piccoli cambiamenti dovuti all’invecchiamento dei componenti hanno sull’efficienza di un’arma nucleare. Il progetto del NIF viene però associato e condizionato da un altro obiettivo: quello di realizzare una fusione nucleare autosostenuta con il metodo detto di Inertial Confinement Fusion (ICF) per applicazioni civili. I sostenitori danno la probabilità della ICF al 50% mentre altri le attribuiscono meno del 10%. Le difficoltà tecnologiche sono infatti enormi; bisognerà costruire delle ottiche di precisione per i laser, combinare un gran numero di laser con lenti e specchi, usare fragili cristalli per triplicare la frequenza della luce generata con amplificatori per trasformarla in radiazioni ultraviolette, produrre le capsule sferiche di deuterio-trizio perfettamente simmetriche con irregolarità microscopiche onde evitare instabilità nell’implosione.
Science, 3 Oct 97, Vol. 278, pg. 29 - Alexander Hellemans - I ricercatori dello Joint European Torus (JET) hanno annunziato la scorsa settimana di essere vicini al punto di soglia a cui il reattore di fusione produce più energia di quella che consuma. La miscela in parti uguali di deuterio e trizio ionizzato è confinata dentro un toro da un potente campo magnetico e viene riscaldata a circa 100 milioni di gradi mediante onde radio, processo che richiede una grande quantità di energia. L’importanza dell’esperimento del JET sta nel comprendere la fisica del plasma a 100 milioni di gradi e le prove continueranno fino al 1999. I risultati fino ad ora sono incoraggianti per il programma ITER da 10 miliardi di US$ che funzionerà sullo stesso principio.
Science, 24 Oct 97, Vol. 278, pg. 563 - Science Scope - Questa settimana il Department of Energy (DOE) ha raccomandato ai ricercatori del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) di trovare delle opzioni di minor costo e tempi più ridotti ed anche soluzioni alternative con un costo di 2 miliardi di US$ invece dei 10 miliardi previsti. Il progetto complessivo dell’ITER è stato completato quest’estate, ma per la partenza si attende l’accordo fra US, Europa, Giappone e Russia, tuttavia lo scarso interesse politico, i budget ristretti ed i problemi di progetto hanno congelato i piani di costruzione almeno fino al 2001. La nuova richiesta è vista negativamente dal direttore del programma Robert Aymar.
Science, 21 Nov 97, Vol. 278, pg. 1419 - Norman Rostoker - La ricerca sulla fusione nucleare controllata dura da 40 anni e negli ultimi 30 anni la maggior parte delle risorse è stata focalizzata sul Tokamak culminando recentemente nel progetto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) da 10 miliardi di US$. Questo sistema presenta però i seguenti svantaggi: 1) il confinamento magnetico è meno efficace di quanto ci si aspettava ed implica una dimensione minima dell’impianto di 10 Gw; 2) il combustibile deuterio-trizio fornisce la maggior parte dell’energia di fusione sotto forma di neutroni a 14 MeV che creano una gran quantità di radioattività che danneggia anche i materiali ed è necessario uno schermaggio pesante dei magneti a superconduzione; 3) il Tokamak è toroidale e la disposizione degli avvolgimenti e la creazione del vuoto rendono la manutenzione difficile e costosa. Sono stati proposti dei concetti alternativi ed uno di questi è il Colliding Beam Fusion Reactor (CBFR) che in principio risolve i tre problemi della dimensione, dei neutroni e della manutenzione. La configurazione del reattore è detta Beam Reversed Configuration (BRC) con una struttura lineare pur avendo il plasma una geometria toroidale, ma confinato in un cilindro e bloccato alle estremità da un campo magnetico invertito. Il sistema FRC sembra sia sorprendentemente stabile. La radioattività può essere quasi eliminata sostituendo la reazione:
D + T >> He(3,6 MeV) + n(14,1 MeV)
con la
H + B(11) >> 3He(8,7 MeV)
che usa protoni e il boro 11.
L’energia prodotta per reazione è la metà di quella con D - T ma, essendo possibile la conversione diretta in energia elettrica, il rendimento è più del doppio di quello ottenibile con la conversione del calore. Anche la manutenzione è più facile essendo tutte le parti montate assialmente e possono essere separate.
Science, 28 Nov 97, Vol. 278, pg. 1559 - James Glanz - È sempre aperto il dibattito fra i ricercatori dello International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) sul problema della turbolenza del plasma che provoca dispersione del calore. Un nuovo approccio di calcolo sembra fornire una predizione più ottimistica: in questo caso vengono calcolate le traiettorie di milioni di singole particelle del plasma e questo porta ad una più lenta perdita di calore. Il precedente modello, studiato dall’Institute for Fusion Studies (IFS) di Austin Texas, e dal Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), tratta invece il plasma come un fluido continuo e predice, anche se con un ampio margine di errore, una maggior turbolenza. Non è ancora chiaro perché i due modelli si comportano in modo così diverso.
Science, 2 Jan 98, Vol. 279, pg. 20 - James Glanz and Andrew Lawler - Il prossimo mese i quattro partner dello International Thermonuclear Experimantal Reactor (ITER), Europa, Giappone, Russia, USA, si riuniranno per discutere sul ritardo di tre anni del progetto richiesto dai Giapponesi e per parlare anche di alternative meno ambiziose fino adesso scoraggiate. Entro il 20 luglio si dovrà decidere se portare le attività di progettazione ad un più basso livello di finanziamento per i prossimi tre anni. L’ITER dovrebbe essere il più grande tokamak mai costruito, con un diametro di 16 m inglobato in un complesso di dispositivi ed elettronica alto 30 m e dovrà verificare la capacità di autosostentamento della reazione termonucleare. Altro problema collaterale è l’uso di avvolgimenti a superconduzione per il campo magnetico. Soluzioni alternative da studiare sono una nuova configurazione magnetica con migliori proprietà di confinamento ed un dispositivo più piccolo con campo magnetico di grande intensità ottenuto con avvolgimenti di rame raffreddati che avrebbe migliori possibilità di sopprimere le instabilità del plasma. Altri esperimenti paralleli vanno avanti a livello nazionale. Ufficialmente il supporto europeo e giapponese al progetto ITER rimane forte, ma dietro la facciata c’è preoccupazione sul futuro, negli USA poi il problema è politico e di budget per la freddezza del Congresso.
Science, 20 Mar 98, Vol. 279, pg. 1846 - Dennis Normile - Il National Institute for Fusion Science (NIFS) giapponese afferma che il progetto del Large Helical Device (LHD) da 650 milioni di US$ sarà presto una soluzione competitiva per le centrali commerciali di fusione. Il Giappone, che dipende totalmente dall’importazione del petrolio, spende oggi 250 milioni di US$ all’anno nella ricerca per la fusione, 18 milioni di più degli USA. Il principio dello LHD era stato studiato a Princeton nel 1950 e il dispositivo chiamato stellarator, ma successivamente la maggior parte dei laboratori si sono orientati sul principio del tokamak. La differenza fra le due macchine sta nel modo con cui è creato il campo magnetico per confinare il plasma. Nel tokamak il campo è la somma di quello generato dalla stessa corrente del plasma e quello dell’avvolgimento del toro, nello LHD l’avvolgimento è avvolto ad elica sul toro. Ambedue i sistemi hanno difetti. Nel tokamak la corrente del plasma può essere applicata solo ad impulsi altrimenti si possono avere improvvisi aumenti di perdite che possono danneggiare il reattore. Lo LHD può lavorare in condizioni stazionarie, ma nei primi stellarator si avevano perdite più alte di un ordine di grandezza rispetto al tokamak e gli avvolgimenti erano difficili da costruire ed analizzare. Dal 1960 solo un gruppo della Kyoto University ed un altro del Max Planck Institute in Germania hanno continuato a studiare il problema delle perdite ed ora si afferma la possibilità di questa alternativa. Per il momento il tokamak è avanti in termini di densità di plasma e temperatura raggiunta ed il programma ITER è basato su di esso, ma gli studi sullo LHD continuano con l’obiettivo di un reattore sperimentale entro il 2105; la possibilità di lavorare in condizioni stazionarie permette di indagare sulla fisica del plasma in un modo impossibile per il tokamak.
Science, 8 May 98, Vol. 280, pg. 818 - James Glanz - Durante una riunione tenutasi dal 27 aprile al 1 maggio fra i maggiori esperti di fusione delle università, compagnie e laboratori, il progetto ITER (International Termonuclear Experimental Reactor) ha trovato scarso supporto anche da parte del rappresentante giapponese che ha proposto una soluzione più piccola, di circa metà prezzo, che non prevede di ottenere una fusione continua. Tutti ritengono il costo dell’ITER eccessivo e si orientano ad una missione ridotta con un costo del 50%. I Giapponesi, prima maggiori sostenitori, hanno avuto il ripensamento dopo l’insorgere dei recenti problemi economici e la richiesta di 3 anni di ritardo, negli USA non c’è un chiaro supporto del Congresso a causa del costo elevato, ma si pensa che questo mancherà anche per la versione ridotta. Molti pensano anche ad indirizzare gli sforzi verso soluzioni diverse con esperimenti meno costosi.
Science, 8 May 98, Vol. 280, pg. 826 - Joseph Alper - Il reattore numero 4 della centrale nucleare di Chernobyl, esploso il 26 aprile del 1986, è attualmente coperto da un sarcofago di cemento che alcuni esperti temono possa callassare anche con un moderato terremoto. Un nuovo tentativo di penetrare nella camera 305 ed altre piene di detriti fortemente radioattivi è previsto per il prossimo autunno da un team USA-Ukraina mediante l’uso di un robot detto Pioneer che cercherà di fare una mappa della radioattività. All’interno della camera 305 la radioattività supera i 3500 rad per ora, abbastanza per dare una dose letale i pochi minuti e molti materiali, come lubrificanti e circuiti elettronici, vengono danneggiati in breve tempo. Il robot Pioneer è costruito per sopportare tutto questo, pesa 450 kg ed assomiglia ad un piccolo bulldozer, può perforare le pareti di cemento e controllarne l’integrità strutturale; con i suoi sensori può generare una mappa 3D della temperatura, umidità, flusso dei neutroni e delle radiazioni gamma; il costo dell’operazione è di 2,7 milioni di US$. Un primo test si farà in agosto in ambiente simulato e, se tutto andrà bene, la spedizione avverrà in novembre.
Science, 3 Jul 98, Vol. 281, pg. 26 - Andrew Lawler and James Glanz - Lo scorso mese il Congresso USA ha chiesto al DOE di rivedere completamente il programma della fusione nucleare già distinto in Magnetic Fusion, orientato alle centrali commerciali di potenza, e in Inertial Confinement Fusion per lo studio delle armi nucleari. Il punto centrale sta nel programma ITER di fusione a confinamento magnetico per il quale il team internazionale di ricercatori ha recentemente proposto una versione più economica denominata ITER Lite ora allo studio. Altre proposte sono intese a dividere il progetto in diversi esperimenti tesi a risolvere problemi tecnologici e studio del plasma ed a sperimentare durate di innesco brevi dell’ordine di 10 secondi. I sostenitori del progetto originale affermano invece che solo una durata di innesco dell’ordine di centinaia di secondi può dimostrare la realizzabilità di una centrale commerciale. Altri ricercatori temono che la richiesta di revisione del Congresso USA abbia lo scopo di spostare i finanziamenti sui programmi di confinamento inerziale della National Ignition Facility (NIF) di Livermore dove per questo scopo sono in sviluppo i laser di potenza.
Science, 23 Jul 99, Vol. 285, pg. 505 - David Malakoff - Il DOE sta per finanziare un progetto che applica i principi della “fusione fredda” nella trasformazione di residui radioattivi in prodotti non nocivi. George Miley, un ingegnere dell’università dell’Illinois vuole provare a trattare materiali radioattivi per produrre reazioni nucleari a basso livello in presenza di film metallici (nikel, palladio e titanio) e compi elettrici con generazione di energia.
Science, 6 Aug 99, Vol. 285, pg. 820 - James Glanz - Dopo una riunione di una settimana a Snowmass, nel Colorado, la comunità degli scienziati della fusione nucleare hanno raggiunto un consenso sulle priorità della ricerca. La riunione aveva lo scopo di dare un nuovo corso al programma della fusione dopo che il Congresso, lo scorso anno, ha bloccato i fondi sul progetto ITER da 10 miliardi di US$ degli anni ‘90. In campo tecnologico si sono trovati punti di contatto fra Magnetic Fusion Energy (MFE) ed Inertial Fusion Energy (IFE), quest’ultimo basato sull’uso di laser di potenza per comprimere sferette di combustibile ed innescarne la rezione di fusione. Nel sistema MFE il confinamento magnetico del plasma si è dimostrato instabile ed il sistema tende a diventare troppo grande e complesso. Nei laboratori di Los Alamos si è suggerito in sistema ibrido detto “magnetized target fusion” in cui un plasma intrappolato in un campo magnetico viene compresso da un flash di raggi X generati con una scarica elettrica. Soluzioni tradizionali di MFE sono il LITE, una versione ridotta dell’ITER con un costo circa metà ed il Tokamak Ignitor del MIT che crea un campo magnetico intenso con avvolgimenti in rame in dimensioni ridotte. Il chiarimento tecnico dovrebbe aiutare i politici a decidere che cosa finanziare nel budget del 2001.
Science, 6 Aug 99, Vol. 285, pg. 821 - James Riordon - Nel Plasma Science and Fusion Center del MIT è in corso un progetto di 5 anni detto Levitated Dipole Experiment (LDE) ispirato al confinamento del plasma nel campo magnetico della Terra o di Giove. Il sistema è basato su un dipolo magnetico costituito da una spira a superconduzione che produce un forte campo magnetico e viene tenuta sospesa per levitazione, questa confina il plasma in modo più efficiente di quanto non faccia il complicato avvolgimento del Tokamak. Questa maggiore efficienza permette di generare temperature e pressioni più alte ed innescare la fusione senza l’uso del trizio che produce abbondanti neutroni e rendono radioattivi i componenti del reattore. Il dipolo magnetico può rimanere sospeso per circa 8 ore perché, scaldandosi lentamente, perde le proprietà di superconduttore e deve essere riabbassato e raffreddato di nuovo. Anche se non tutti lo ritengono la soluzione finale, lo LDE aiuterà certamente a capire i problemi di instabilità nel confinamento del plasma.
Science, 3 Dec 99, Vol. 286, pg. 1829 - Judy Redfearn - I ricercatori europei e giapponesi della fusione nucleare hanno definito una versione ridotta del prototipo ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) che sperano sia quella vincente. Il progetto ITER è iniziato nel 1986 con la partecipazione di Europa, Giappone, USA e URSS, ma il suo futuro fu messo in forse nel luglio 1998 a causa del costo lievitato a 6,8 miliardi di US$ e fu avanzata la richiesta di studiare un’alternativa più piccola ed economica estendendo la fase di progetto fino al 2001. Successivamente gli USA si ritirarono dal progetto e la Russia, per motivi economici, non andò oltre un supporto politico ed intellettuale. Tuttavia dei gruppi speciali di lavoro in Germania e Giappone hanno affrontato lo studio della soluzione ridotta avente un raggio di 6-6,5 m, invece degli 8 originali, e con un costo obiettivo di 3 miliardi di US$. Nella soluzione completa, raggiungendo una temperatura del plasma di 100 milioni di °C, il deuterio-trizio fonde producendo neutroni, dei quali si raccoglie l’energia, e particelle alfa che riscaldano il plasma sostenendo la fusione. Nella soluzione ridotta le particelle alfa forniranno solo il 50% del calore di sostentamento, il reattore produrrà 10 volte l’energia consumata generando 400 Mw di potenza a impulsi di 400 s invece di 1,5 Gw a impulsi di 1000 s. Con questa proposta si spera di convincere i politici a finanziare il progetto. Il documento strategico sarà emesso nel giugno 2000. Una grossa decisione è quella di scegliere il luogo dove costruire il reattore. Il Giappone ha avanzato la sua candidatura offrendosi di pagare il 50% del costo totale, gli europei suggeriscono il Canada per indurre gli USA a rientrare nel progetto. Il posto dovrà essere scelto entro il 2001 e l’accordo per la costruzione firmato entro il 2002, considerando 2 anni per la preparazione, il reattore potrebbe entrare in funzione nel 2013.
Science, 25 Feb 2000, Vol. 287, pg. 1382 - Andrew Lawler - Il Brookhaven’s High Flux Beam Reactor (HFBR) di Long Island, che produceva intensi fasci di neutroni per la ricerca della struttura della materia usati da fisici, biologi e chimici su materiali che vanno dai cristalli alle ceramiche e dai polimeri al sangue, è stato il centro di un aspro dibattito dopo che, alla fine del 1996, fu scoperto che una perdita di acqua radioattiva nel terreno si protraeva da più di 10 anni. Benché la perdita fosse minima e non creava un’immediata minaccia per il pubblico, i responsabili del laboratorio si trovarono presi alla sprovvista rispetto alla pioggia di proteste levatisi dal mondo degli ambientalisti e da quello politico. A Washington moltissimi non sapevano nemmeno dell’esistenza del laboratorio noto solo agli specialisti. Entrato in funzione nel 1965 e progettato per una vita di 25 anni, la sua potenza di 40 Mw era stata aumentata a 60 Mw nel 1982, ma poi per motivi di sicurezza si era scesi a soli 30 Mw. Il laboratorio dovette poi affrontare crescenti problemi ambientali; nel 1985 dal pozzo di una scuola elementare vicina venne misurato un aumento del livello di trizio anche se non fu chiara la provenienza. Nel 1996 si scoprì poi una perdita di trizio che superava di due volte gli standard dello stato di New York. Il problema fu complicato dal fatto di essere in un’area a popolazione crescente e dal timore diffusosi che il laboratorio svolgesse ricerche segrete potenzialmente pericolose. Il ritardo nelle indagini che portarono alla scoperta della perdita radioattiva fu anche dovuto al mancato finanziamento del DOE fino al 1996. Da questo momento la battaglia politica si è svolta a sfavore dell’amministrazione del HFBR. Gli scienziati erano infuriati contro quello che ritenevano un’esagerazione del pericolo ma, nonostante le petizioni raccolte, il 16 novembre del 1999 il segretario dell’Energia, Bill Richardson, decise la chiusura del reattore. Ciò che è successo a Brookhaven deve essere di insegnamento agli scienziati che fanno il loro lavoro disinteressandosi del mondo circostante in cui vivono; oggi c’è nel pubblico una crescente preoccupazione riguardo ai pericoli connessi alla ricerca e gli scienziati non possono contare sull’aiuto dei politici locali, ma devono agire in prima linea.
Science, 23 Feb 2001, Vol. 291, pg. 1461 - Dennis Normile - Il dibattito si è riaperto fra i maggiori partner del progetto ITER, Giappone, Europa e Russia, che il prossimo anno si preparano a selezionare il luogo ed il budget per l’impianto. Quando il progetto iniziò negli anni ‘80 c’era ancora il supporto degli USA, ma poi il costo stimato di 10 miliardi di US$ per il tokamak raffreddò l’interesse dei governi, nel 1998 il Congresso USA abbandonò il progetto e ci si orientò verso una soluzione Lite, più ridotta. La decisione finale per il luogo ed il finanziamento deve avvenire entro il 2002 ed il completamento del progetto non si attende prima del 2013. Tuttavia c’è una diffusa opposizione alla versione ITER e molti desiderano ricercare altre alternative; il Japan’s National Institute for Fusion Science (NIFS) sta studiando il Large Helical Device, un sistema dal costo di 650 milioni di US$ che confina il plasma in un campo magnetico creato da un avvolgimento a spirale invece che nell’anello piano del tokamak. Anche l’Institute of Laser Engineering di Osaka ha fatto progressi nell’uso di laser per comprimere fino al punto di fusione sferette di combustibile e tutte queste iniziative reclamano fondi. Si suggerisce che ogni decisione sull’ITER sia rinviata di sei mesi in modo da studiare meglio una strategia di ricerca. Il governo giapponese vuole tuttavia affrettare e la situazione sarà decisa in un paio di mesi.
Science, 20 Apr 2001, Vol. 292, pg. 420 - Richard Stone - Il più grave incidente nucleare è stato quello di Chernobyl avvenuto alle ore 1:23 del mattino del 26 aprile del 1986 quando il reattore numero 4 esplose mandando una nuvola di particelle radioattive fino a 2 km di altezza e nei successivi 10 giorni emise da 100 a 200 milioni di curies, 100 volte l’ammontare della radioattività emessa dalle bombe atomiche di Hiroshima e Nagasaki. La radioattività raggiunse la Polonia, le regioni del Baltico e la Scandinavia. In Chernobyl due persone morirono per l’esplosione e 28 vigili del fuoco ebbero un’orribile morte alcuni giorni dopo per le radiazioni, successivamente 700 bambini sotto i 14 anni ebbero il cancro alla tiroide, malattia che a quest’età ha un’incidenza di uno su un milione. Gli elicotteri fecero cadere sabbia e boro sui resti del reattore provocando un innalzamento di temperatura nel nucleo ed ulteriore rilascio di radionucleidi. La zona per 30 km di raggio fu evacuata e fu portato via come materiale contaminato uno strato di terra per un milione di mc. Un sarcofago di cemento chiuse le 190 tonnellate di materiale fissile, ma già 6 mesi dopo si dimostrò instabile, inoltre le infiltrazioni di acqua che accelerano le reazioni nucleari mostravano periodicamente un aumento del flusso di neutroni. Le foreste intorno a metà degli anni ‘90 mostrarono un aumento di contaminazione perché assorbivano e concentravano i radionucleidi. Oggi, 15 anni dopo, alcuni scienziati temono che il peggio deve ancora venire. Se la popolazione rimasta all’ombra di Chernobyl sia ancora a rischio è oggetto di continua osservazione. Fortunatamente non si è verificata la temuta esplosione di casi di leucemia. Molti scienziati ritengono ora che l’ammontare di cesio-137 assorbito dalla popolazione non fosse stato così alto da indurre la leucemia. Invece i difetti alla nascita sono aumentati del 50 % nelle aree moderatamente contaminate e fino a 83 % nelle aree fortemente contaminate. I casi di cancro alla tiroide iniziarono nei bambini entro un anno dall’incidente ed ora c’è un incremento negli adolescenti dopo i 15 anni più di quanto ci si aspettasse. Nella regione si assiste però ad un fiorire di iniziative per le ricerche con creazione di laboratori e per la numerosa presenza di tecnici ed ingegneri che lavorano al sarcofago e che devono smantellare gli altri impianti.
Science, 22 Jun 2001, Vol. 292, pg. 2240 - Dennis Normille and Wayne Kondro - A sorpresa il Canada ha proposto di ospitare l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) e questo ha smosso il progetto che soffre della mancanza di interesse da parte degli Stati Uniti che lo hanno abbandonato nel 1998. Le proposte di ospitare l’impianto sono così tre. Le altre due sono della Francia, che propone un sito nel sud vicino a Carandache, ed il Giappone che ha proposto a scelta tre località, una nell’isola di Hokkaido e due nell’isola centrale di Honsu, ed ha offerto di pagare il 50% del costo di costruzione. La proposta canadese è stata avanzata nell’ultima riunione del 7 giugno a Mosca e proviene da una coalizione di industriali dell’Ontario per promuovere lo sviluppo tecnologico dell’area, ma il Governo non investirà denaro; c’è un prestito di 1 miliardo di US$ che copre la costruzione e le infrastrutture e che dovrà essere ripagato da Giappone ed Europa. Il Canada spera che la posizione del sito, a metà strada fra Giappone ed Europa, possa indurre gli USA a una maggiore collaborazione. Una decisione sulla scelta del sito e sulle condizioni di partecipazione è prevista per la primavera del 2003 e, se tutto va bene, la costruzione comincerà nel 2005 e sarà completata entro il 2013.
Science, 4 Jan 2002, Vol. 295, pg. 31 - Robert F. Service - L’Amministrazione Bush ha deciso di abbandonare la missione del Fast Flux Test Facility (FFTF) in Hanford, Washington e di fermare il reattore ponendo fine ad un contrasto durato 10 anni con il DOE. La decisione è stata presa per gli alti costi e la mancanza di reali giustificazioni della missione. Il reattore era visto come un’importante sorgente di radioisotopi per l’uso nella terapia del cancro ed in altri trattamenti, ma molti ricercatori affermavano che vi sono altre sorgenti di isotopi con costi inferiori. Lo FFTF era entrato in funzione nel 1980, ma era stato spento nel 1992 per gli alti costi operativi ed il DOE spendeva circa 35 milioni di US$ all’anno per mantenerlo in standby, recentemente ciò era diventato incompatibile con le riduzioni del budget DOE.
Science, 25 Jan 2002, Vol. 295, pg. 602 - Andrew Watson - Due nuovi esperimenti di fusione, uno negli USA ed uno nel Regno Unito (UK), suggeriscono che realizzando un reattore tokamak in forma sferoidale con un foro al centro come una mela forata, questo risulta più efficiente della forma tradizionale. Fino ad ora il tokamak tradizionale ha raggiunto la fusione, ma l’energia fornita durante il funzionamento è stata superiore quella prodotta dalla reazione e, per rendere il bilancio positivo, è necessario costruirne uno molto più grande secondo il progetto ITER. I proponenti del reattore sferico pensano che questo possa raggiungere lo scopo in modo più semplice ed economico in quanto il modo di confinamento sfrutta dei modi superiori di H, produce un plasma meglio controllato e con un campo magnetico inferiore. La migliorata efficienza risulta 10 volte quella del tokamak tradizionale ed è più semplice da costruire. Attualmente però il tokamak sferico ha raggiunto una temperatura 10 volte inferiore ai 150 milioni di gradi necessari e l’ITER rimane sempre il progetto focale. La speranza è di sviluppare ITER e tokamak sferico in parallelo.
Science, 8 Mar 2002, Vol. 295, pg. 1808 - Charles Seife - Scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory guidati da Rusi Taleyarkhan hanno affermato questa settimana di aver provato la possibilità di produrre una reazione nucleare di fusione con il fenomeno della sonoluminescenza. La fusione nucleare richiede altissime pressioni e temperature che, nella bomba all’idrogeno vengono prodotte da una piccola bomba a fissione, ma che in laboratorio sono estremamente difficili da ottenere confinando e riscaldando un plasma. Nel 1989 alcuni ricercatori hanno erroneamente affermato di aver ottenuto la fusione catalizzata da un elettrodo di palladio e le polemiche che ne sono seguite sono ancora brucianti. Questa volta l’esperienza condotta da Taleyarkhan e dai suoi collaboratori è basata sul fenomeno di cavitazione acustica di bolle di gas in un liquido che quando collassano compresse dall’onda acustica emettono lampi di luce indicando il raggiungimento di pressioni e temperature elevate. Si è già pensato che così si possano raggiungere le condizioni per innescare la fusione e Taleyarkhan ha pensato di provare l’idea. In un cilindro pieno di acetone nel quale gli atomi di idrogeno sono stati sostituiti da deuterio vengono generate delle bolle di vapore di circa 1 mm di diametro mediante bombardamento di neutroni a 14 MeV. Facendo collassare queste bolle a pochi nanometri con un’onda acustica gli atomi di deuterio dovrebbero collidere e fondersi. Se avviene la fusione si verificano due casi equiprobabili: si forma un atomo di trizio e viene emesso un protone con un’energia di 3,02 MeV oppure si forma un atomo di elio 3 e viene emesso un neutrone con un’energia di 2,45 MeV. Taleyarkhan ed i suoi colleghi affermano di aver rivelato neutroni la cui energia è consistente con il valore di 2,45 MeV ed anche la presenza di trizio; ambedue questi effetti spariscono quando si sostituisce l’acetone al deuterio con acetone normale. Il risultato è stato accolto con scetticismo. Il trizio si forma sempre quando l’acetone al deuterio viene irradiato con neutroni ed il non averlo trovato in condizioni normali è inconsistente. Anche due colleghi dello stesso laboratorio, Dan Shapira e Michael Saltmarsh che hanno riprovato l’esperimento con un rivelatore di neutroni più sensibile hanno concluso che il risultato è illusorio. Se tutto il trizio prodotto fosse dovuto alla fusione, l’emissione di neutroni sarebbe stata 10 volte più intensa temporizzando i neutroni rivelati con il lampo di luce della sonoluminescenza. Ci sono state anche delle pressioni per non pubblicare il rapporto, ma l’editore capo di Science, Dan Kennedy, non ha voluto aderire a questa censura perché è meglio che la verità emerga dalla discussione.
Science, 26 Apr 2002, Vol. 296, pg. 659 - Rodney C. Ewing - Il presidente George W. Bush ha raccomandato le Yucca Mountain nel Nevada come sito per depositare le 70000 tonnellate metriche di rifiuti nucleari per la maggior parte provenienti dai combustibili nucleari esauriti delle centrali commerciali. Con questa raccomandazione si da inizio ad una serie di eventi, il primo dei quali è stato una nota di opposizione dello stato del Nevada che, se il Congresso non respingerà, bloccherà la procedura, quindi passando attraverso il Department of Energy (DOE) e la Nuclear Regulatory Commission (NRC) che avrà 4 anni per decidere, si tornerà al Department of Energy (DOE) che infine inizierà la costruzione. La soluzione è stata raccomandata al Presidente dal Segretario dell’Energia confermando il supporto dell’analisi scientifica, tuttavia negli ultimi 8 mesi tre agenzie governative hanno pubblicato una serie di rapporti in cui si evidenzia che le analisi sono basate su assunzioni e non supportate da prove. La decisione del Presidente dovrebbe essere fondata su una evidente certezza della sicurezza del sito in relazione all’attività vulcanica ed ai cambiamenti climatici unita alla resistenza alla corrosione degli involucri ed estesa a migliaia se non a decine di migliaia di anni. La sicurezza deve fondarsi sulla comprensione scientifica del processo di rilascio dei radionucleidi attraverso le barriere costituite dagli involucri, protetti anche da schermi dallo sgocciolio dell’acqua, si aggiunge la paura di attacchi terroristici. La necessità di una decisione positiva deriva però da mancanza di alternative e dal fatto che altrimenti il futuro delle centrali nucleari sarebbe a rischio, si tratterà quindi di una decisione politica. Il deposito si trova 300 m sotto il livello del suolo e 300 m sopra la falda acquifera. Il materiale nucleare conservato sarà costituito principalmente da biossido di uranio che non è stabile e può ossidarsi ulteriormente in presenza di umidità. Una volta che la barriera dei contenitori avrà ceduto, il rilascio del radionucleidi dipenderà dalla rapidità di degradazione degli ossidi di uranio. Sulla durata dei contenitori in lega Ni-Cr-Mo si hanno per ora solo dati limitati. Controverse sono anche le opinioni circa la frequenza di terremoti. Si suggerisce di procedere per stadi dando tempo ad ulteriori analisi ma, se una decisione viene presa prima, il ruolo della scienza diventerà marginale.
Science, 26 Jul 2002, Vol. 297, pg. 496 - Charles Seife - Dopo l’annunzio di alcuni scienziati di aver ottenuto la fusione nucleare mediante il collasso di bolle di gas per sonoluminescenza, un nuovo esperimento che ha misurato il budget di energia delle bolle durante il loro collasso e dimostra che una fusione nucleare è estremamente improbabile che avvenga. All’università dell’Illinois alcuni ricercatori hanno usato colori fluorescenti per misurare l’ammontare di radicali OH e ioni di nitrite (NO2-) prodotti durante il fenomeno di sonoluminescenza. La misura implica che nell’acetone l’energia prodotta nel collasso delle bolle si dissipa disperdendo le molecole ed è improbabile che possa iniziare la fusione nucleare.
Science, 2 Aug 2002, Vol. 297, pg. 751 - Science Scope - Lo scorso mese una riunione in Colorado di esperti della fusione ha discusso i sistemi per lo studio del plasma e si è concordato sui due progetti dominanti: ITER, un impianto da molti miliardi di dollari per la fusione magnetica pianificato da un consorzio internazionale, ed il FIRE, una versione meno ambiziosa proposta dagli scienziati americani. La commissione di studio emetterà le sue raccomandazioni al DOE dopo la prossima riunione che si terrà a Washington D.C. il prossimo mese.
Science, 20 Sep 2002, Vol. 297, pg. 1977 - Charles Seife - In una riunione la scorsa settimana gli scienziati della fusione nucleare hanno raccomandato che gli USA si associno al progetto del Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) abbandonato nel 1998, ma se mancassero i fondi si dovrebbe dare inizio al proprio programma ridotto da 1,2 miliardi di US$ detto Fusion Ignition Research Experiment (FIRE). La partecipazione al progetto ITER costerebbe altri 100 milioni di US$ all’anno per 10 anni e più. Il Congresso ha lasciata aperta la possibilità di tornare al progetto ITER, ma ogni decisione sarà condizionata da motivi politici e scientifici. Un rapporto del National Research Council sulla fusione sarà pronto agli inizi di dicembre e fornirà al Presidente il punto di vista degli scienziati entro la metà di dicembre. Questa settimana i partner dell’ITER, Europa, Giappone, Canada e Russia, si riuniranno in Toronto per discutere un programma temporale per la scelta del sito e prendere conoscenza del rapporto sul sito canadese.
Science, 20 Sep 2002, Vol. 297, pg. 1997 - Theodore Rockwell - La diffusa preoccupazione che destano le centrali nucleari come possibile obiettivo di terroristi si è estesa anche all’immagazzinaggio dei combustibili nucleari esauriti nelle montagne del Nevada ed al trasporto dei contenitori che viene indicato come “mobile Chernobyls”. Ci si chiede quali siano oggi i reali pericoli delle centrali nucleari e dei movimenti delle scorie radioattive. Dopo l’11 settembre 2001 sono stati rivisti tutti i criteri di sicurezza delle centrale e del trasporto delle scorie e gli studi sono stati tenuti segreti, ma non sono segrete le basi fisiche e le leggi naturali che limitano i danni che ne possono derivare. Accurate analisi hanno indicato che nessuna azione dolosa sui contenitori da trasporto può provocare significativi pericoli. Non possono esplodere e non ci sono liquidi radioattivi che possono disperdersi, sono quasi indistruttibili e sono stati provati in collisioni, esplosioni, incendi ed azione dell’acqua. Solo le più recenti artiglierie anticarro possono distruggerle, ma anche in questo caso i frammenti sparsi per terra e le loro radiazioni hanno scarsi effetti a distanza. Così l’idea che l’impatto di un aereo su una centrale nucleare possa provocare la fusione del nucleo del reattore e rendere inabitabile una vasta area con decine di migliaia di morti è lontano dalla realtà. Nessun aeroplano può penetrare la protezione di 3,6 m di spessore delle centrali ed oltre a questa c’è un altro muro di cemento e ferro a proteggere il reattore. Ci sono altri modi perché un reattore possa fondere come è successo alla centrale di Three Mile Island nel 1979, ma da allora i reattori sono stati migliorati ed in ogni caso i danni provocati in quel caso non sono stati significativi. L’incidente di Chernobyl nel 1986 non è applicabile alle centrali americane ed anche in questa occasione i morti diretti per l’incidente furono 30, la mortalità successiva per cancro non significativa ed i casi di cancro alla tiroide ancora allo studio. Più gravi furono invece le conseguenze dovute alla paura della radiazioni ed alla scarsa organizzazione con disoccupazione, depressione e 100000 aborti non necessari, attualmente anche la radioattività del terreno non è superiore a quella di altri luoghi abitati. La paura della radioattività induce spesso a eccessi di precauzione come vietare l’irradiazione dei cibi, per sterilizzarli dai patogeni che invece sono spesso causa di effetti letali, o rinunziare alle mammografie o portare la riduzione delle dosi permesse al di sotto dei valori di fondo. Questi eccessi di precauzione, se applicati al terrorismo sono particolarmente dannosi per il panico che possono destare ad ogni minimo allarme.
Science, 7 Feb 2003, Vol. 299, pg. 801 - Charles Seife - Nel 1998 gli USA si ritirarono dal precedente impegno sul programma ITER (International Thermocuclear Experimental Reactor) da 5 miliardi di US$ per la fusione nucleare controllata, ma la scorsa settimana il Segretario dell’Energia ha annunziato che gli USA saranno di nuovo un partner nell’ITER nell’ambito del programma per l’indipendenza energetica. Gli altri partner dell’ITER hanno accolto l’annunzio con entusiasmo perché così il programma ritorna ad essere realmente internazionale. L’ITER è stato concepito nel 1986 fra Giappone, Unione Sovietica, Europa ed USA con pari impegno, ma il Congresso ha cancellato la partecipazione USA nel 1998 per l’esplosione dei costi, i problemi finanziari ed i dubbi scientifici. I partecipanti rimasti hanno rivisto la fase sperimentale riducendone alla metà il costo ed acquisendo l’adesione di Canada, Cina e l’interessamento della Corea del Sud. Ora anche molti fisici ritengono che la tecnologia sia matura, che le simulazioni hanno dato più confidenza e che molti dei difetti del vecchio progetto sono stati eliminati. La fusione nucleare rientra ora nelle strategie politiche dell’Amministrazione Bush per fornire in futuro l’energia necessaria a convertire l’acqua in idrogeno nella nuova visione di un’economia basata sull’idrogeno. Tuttavia i dettagli della partecipazione USA rimangono poco chiari; gli osservatori si aspettano che gli USA contribuiscano come la Cina per il 10% del costo totale che secondo il Canada è la quota minima e ciò significa un investimento di 100 milioni di US$ all’anno per una decade, ma il Segretario dell’Energia ha offerto solo 50 milioni all’anno nello stesso periodo. Gli USA vogliono mantenere e rinforzare il programma di fusione interno e nel nuovo budget del 2004 non sono previsti nuovi finanziamenti per la fusione; intanto la data del 2006 per l’inizio della costruzione del sistema si avvicina.
Science, 12 Sep 2003, Vol. 301, pg. 1456 - Daniel Clery and Xavier Bosch - La scelta del sito per la costruzione dell’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) da 5 miliardi di US$ è stata ristretta a quattro candidati: Canada, Giappone, Francia e Spagna. Ora l’Unione Europea (EU) ha deciso di presentare solo un candidato scegliendo fra Cadarache in Francia e Vandellòs in Spagna e la scelta si combatte fra un luogo senza tradizioni, ma con costi probabili più bassi come Vandellòs ed un altro dove si può sfruttare un’esperienza di ricerca nucleare come Cadarache. Caradache è infatti un centro di ricerca della Commissione dell’Energia Atomica (CEA) francese e la sua esperienza garantisce contro un aumento di costi di progetto, ma ha come contropartita che il budget di ricerca della Francia è stagnante ed il governo non ha promesso altro denaro per l’ITER. Vandellòs è sede di una centrale nucleare ed il suo vantaggio è che i costi di costruzione saranno due terzi di quelli francesi secondo l’opinione di David King, adviser scientifico UK, che è stato incaricato di presiedere la commissione selezionatrice. La Spagna inoltre ha aumentato recentemente del 7,9% il budget della ricerca e promette di trovare altro denaro per l’ITER oltre a sostenere il programma nazionale di fusione nucleare basato sullo stellarator, metodo alternativo di confinamento magnetico. I ministri UE si riuniranno alla fine del mese per decidere sul candidato e dopo, alla fine di dicembre, si farà la scelta finale fra il sito europeo e quelli del Canada e del Giappone.
Science, 5 Dec 2003, Vol. 302, pg. 1640 - Daniel Clery - La scorsa settimana, dopo molto ritardo, l’Unione Europea (EU) ha scelto Cadarache, in Francia, come unico sito candidato europeo per l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), il progetto di fusione nucleare da 5 miliardi di US$ per la generazione di elettricità. ITER sarà due volte più grande di ogni reattore di fusione esistente e sarà funzionante intorno al 2014, dovrà dimostrare di produrre più potenza di quanta ne consumi e per lunghi periodi di tempo per aprire la strada alle centrali di potenza a fusione nucleare. La decisione EU permetterà la scelta del sito definitivo ai partner del progetto, EU, Canada, Cina, Giappone, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti e questa scelta è in pratica limitata a Cadarache in Francia o Rokkasho in Giappone. La decisione prevista per la scorsa estate è stata ritardata perché l’EU voleva presentarsi con una sola proposta fra i due siti di Cadarache (Francia) e Vandellòs (Spagna) ed alla fine di novembre l’EU Competitiveness Council ha optato per il sito francese mentre la Spagna ospiterà l’European Fusion Agency ed uno dei due direttori europei dell’ITER sarà spagnolo. Il sito di Cadarache è ben noto per essere la sede del programma di fusione francese con numerosa presenza di esperti nel campo. I partner dell’ITER si riuniranno a Vienna per la decisione finale, ma i negoziati non saranno semplici. Il sito di Rokkasho si trova nel nord della maggiore isola giapponese ed è vicino ad un centro nucleare, un terzo candidato è Clarington in Canada, ma non ha il supporto del Governo Federale. La divisione dei costi è praticamente stabilita. Il paese che ospiterà il progetto si assumerà il 20% del costo per coprire costruzione ed infrastrutture e il rimanente 80% sarà diviso fra gli altri. I pagamenti saranno in forma di contributi ai componenti del reattore. Un potenziale impedimento è che gli USA non vogliono inserire l’accordo ITER in un vero trattato con garanzie formali sul finanziamento per tutta la durata del progetto ed un arbitraggio in caso di dispute. Altri partner vogliono che gli impegni siano i più permanenti possibili, ma si ritiene che il problema sia superabile.
Science, 2 Jan 2004, Vol. 303, pg. 22 - Daniel Clery - Dopo 18 anni di studi, esperimenti e dibattiti, i politici si sono riuniti in Washington DC per dare luce verde al progetto da 5 miliardi di US$ per dimostrare la possibilità di generare energia in modo quasi illimitato mediante fusione nucleare. Il progetto è l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Purtroppo il 20 dicembre le votazioni sulla scelta del sito hanno visto la metà dei partner a favore del sito del Giappone e l’altra metà per il sito francese. Lo stallo ha messo il progetto in un limbo, i negoziatori sono tornati alle loro capitali in un’atmosfera di accuse e recriminazioni politiche. Russia e Cina hanno sostenuto il candidato EU, cioè Cadarache in Francia, mentre USA e Corea del Sud hanno favorito Rokkasho in Giappone. Non c’è stata una reale discussione e nonostante il tentativo di compromesso della Russia che ha suggerito di dividere il reattore in parti in modo che ciascun candidato potesse avere qualcosa, la riunione è finita con un nulla di fatto. Un gruppo di lavoro sta studiando ora la proposta russa ed i proponenti useranno tutto gennaio in discussioni tecniche. Se l’ITER parte entro il 2004 ci si aspetta che finisca entro il 2014 con un costo di 10 miliardi di US$ ed un ciclo di vita di 30 anni. La stampa suggerisce i motivi politici di questa situazione, cioè che gli Stati Uniti sostengono il Giappone perché non vogliono dare questa vittoria alla Francia dopo la sua opposizione alla guerra in Iraq, USA e Giappone negano questa affermazione, ma il dubbio rimane. Il tentativo di mediazione russo propone un laboratorio che non è parte dell’ITER: l’International Fusion Materials Irradiation Facility, un acceleratore di particelle da 600 milioni di US$ per produrre neutroni ad alta energia, il tipo di radiazione a cui sarà sottoposto il materiale interno del reattore. L’idea è di usarlo per lo studio della degradazione del materiale nei futuri reattori commerciali. Altri elementi che possono essere situati in luoghi separati sono un centro di simulazioni e la sala di controllo dei reattori, ma il clima è stato riscaldato anche da documenti che circolavano fra le delegazioni prima della riunione in cui si descrivevano i meriti di Caradache ed i lati negativi di Rokkasho con i suoi alti costi di manodopera ed elettricità, il rischio sismico e la mancanza di infrastrutture. I partner sperano di trovare una base comune di accordo entro febbraio, ritardi più lunghi di uno o due mesi renderebbero l’accordo difficile.
Science, 2 Apr 2004, Vol. 304, pg. 26 - Daniel Clery - Da dicembre dello scorso anno il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), che deve provare la generazione di grandi quantità di potenza a basso costo mediante fusione nucleare, si trova bloccata perché i sei partner si sono divisi su dove costruire l’impianto, se a Cadarache, in Francia, o a Rokkasho, in Giappone. Per uscire dall’impasse i rappresentanti dell’E.U. sono andati la scorsa settimana in Giappone per colloqui diretti e si è in attesa dei risultati. I ricercatori europei ritengono Rokkasho a rischio di terremoti ed inospitale per accogliere i membri delle missioni, gli scienziati giapponesi ribattono che Cadarache è troppo lontano dalla costa per trasportare facilmente componenti di grandi dimensioni. Le delegazioni si sono riuniti di nuovo a Vienna, in Austria, il 10 e 12 marzo per studiare ancora i rapporti sui due siti, ma non hanno raggiunto un accordo. I ricercatori hanno anche esplorato l’idea di allargare il progetto aggiungendo altri impianti in modo che ambedue i siti potessero averne una parte. La delegazione E.U. a Tokyo la scorsa settimana ha suggerito di mettere da parte il problema del sito e definire un programma generale di ricerca che non si può rimandare troppo a lungo e continuare il dialogo a Brussels nelle prossime settimane. Nell’incertezza i ricercatori non sanno che cosa fare prima, perché molti dei piani dipendono dal sito, ad esempio l’isolamento sismico dell’impianto o da dove prendere l’acqua per il raffreddamento; senza il sito inoltre non si può fare una distribuzione dei costi e creare un ufficio legale. Se fallisce l’ultimo tentativo di dialogo una o ambedue le parti dovranno agire unilateralmente.
Science, 25 Jun 2004, Vol. 304, pg. 1885 - Daniel Clery - Lo sforzo da 10 miliardi di US$ per ottenere energia dalla fusione nucleare viene ancora portato sul filo del rasoio dopo un altro inutile incontro all’inizio della settimana fra i sei partner internazionali. Dallo scorso dicembre Cina, Unione Europea (E.U.), Giappone, Sud Corea, Russia e Stati Uniti si sono divisi sulla scelta del sito per la costruzione dell’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) fra Rokkasho in Giappone e Cadarache in Francia. La riunione del 18 giugno si è trasformata in una guerra di offerte perché sia il Giappone che l’E.U. hanno aumentato il loro contributo per diventare sede del tokamak e gli Europei temono che Stati Uniti e Giappone siano sul punto di abbandonare il consorzio e costruire da soli il tokamak a Rokkasho. Dopo due decenni di preparazione del grande esperimento, ci si aspettava una decisione alla fine del 2003, ma con E.U. e Giappone ugualmente determinati ad ospitare il sito, si sono portati avanti degli studi tecnici seguiti da altre riunioni per allargare il programma di ricerca ad altri impianti ed avviare i reattori commerciali nelle nazioni che non possono ospitare ora il tokamak, ma né l’E.U. né il Giappone vogliono stare in seconda fila. Ciascuno ha promesso di pagare il 48% del costo dell’ITER per avere il tokamak. La scorsa settimana a Vienna ambedue hanno alzato l’offerta al 50% ed hanno offerto di pagare metà del costo di un programma allargato, 540 milioni di US$. Si sta preparando il giorno della resa dei conti. Si fa avanti l’idea che il Giappone con il sostegno degli Stati Uniti voglia procedere da solo, ma i rappresentanti ufficiali negano un’azione unilaterale. La delegazione degli Stati Unti preme per una decisione entro la fine di giugno.
Science, 1 Oct 2004, Vol. 306, pg. 26 - Daniel Clery - L’Europa è pronta a mettere da parte la collaborazione per un comune reattore nucleare. Questo è il messaggio che viene da una riunione tenuta la scorsa settimana dai ministri della ricerca dei 25 paesi dell’Europa Unita (E.U.) che fissano la fine di novembre come termine per decidere se insistere per il sito francese del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) da 5 miliardi di US$. La scorsa settimana il commissario della Ricerca E.U., Philippe Busquin, ha espresso rincrescimento per non aver chiuso l’azione sull’ITER i cui partner, E.U., Cina, Giappone, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti, si sono divisi per circa un anno sul problema dove localizzare il reattore, se in Francia o in Giappone. La scorsa settimana i ministri della Commissione Europea hanno chiesto di fare ogni sforzo per negoziare un accordo per costruire il reattore a Cadarache coinvolgendo quanti più partner possibile ed avere un rapporto alla prossima riunione del concilio, il 25-26 novembre. Il ministro della Ricerca francese, Francois d’Aubert ha dichiarato che vorrebbe raddoppiare il finanziamento a 1,12 miliardi raggiungendo circa il 20% del costo. Con il resto dell’E.U. che contribuisce con il 40% e le quote di Russia e Cina del 10% ciascuna, rimane un 20% che potrebbe essere recuperato con una riduzione di costi o con nuovi membri come il Canada, l’India e la Svizzera. Stati Uniti e Corea del Sud supportano la costruzione nel sito del Giappone del nord. La soluzione europea di procedere da sola aumenta il rischio che un successo venga compromesso e sarebbe una tragedia il procedere senza Stati Uniti e Giappone, ma sarebbe ancora peggio avere in campo due rivali uno in Francia ed uno in Giappone oppure nessuno dei due.
Science, 22 Oct 2004, Vol. 306, pg. 617 - Liz Palmer - Il Brasile sta pianificando la costruzione di un impianto per l’arricchimento dell’uranio che però sarebbe anche in grado di produrre annualmente parecchie bombe nucleari. Come membro del Trattato di non proliferazione nucleare il Brasile ha promesso di non produrre queste armi, ma è obbligato a permettere il controllo da parte della International Atomic Energy Agency (IAEA). Il Brasile e la IAEA stanno ora negoziando quanta visibilità permettere e questo potrà essere un precedente per l’Iran che sta installando migliaia di centrifughe per l’arricchimento. Il Brasile si è impegnato ad arricchire l’uranio solo fino al 3,5%, la concentrazione richiesta per i reattori nucleari, troppo bassa per una bomba nucleare che richiede il 90% o superiore, ma l’ulteriore arricchimento sarebbe possibile in breve tempo senza continui controlli e, se questi non sono concessi dal Brasile alla IAEA, l’Iran potrebbe richiedere lo stesso trattamento. Il Brasile resiste ora alle ispezioni con il motivo di proteggere dai concorrenti la sua tecnologia avanzata. In realtà, più che temere che la IAEA riveli illegalmente i suoi segreti industriali, il Brasile vuole nascondere l’origine delle sue centrifughe. Nel dicembre 1996 il Brasile ha arrestato Karl-Heinz Schaab impiegato della MAN Technologie AG che aveva sviluppato le centrifughe per il consorzio europeo dell’arricchimento dell’uranio, Urenco. Le autorità tedesche vogliono estradare Schaab per aver venduto la documentazione delle centrifughe all’Iraq e ci sono prove che abbia aiutato anche il Brasile. Se gli ispettori IAEA vedono le centrifughe brasiliane potrebbero scoprire che ci sia stato trasferimento della documentazione Urenco. Ora gli Stati Uniti cercheranno di convincere il Brasile a cooperare con la IAEA.
Science, 19 Nov 2004, Vol. 306, pg. 1271 - Daniel Clery - In autunno i ministri dell’Unione Europea (E.U.) hanno fissato una scadenza per una decisione sull’inizio della costruzione del reattore ITER vicino alla città francese di Cadarache, ma i sei partner del progetto sono ancora divisi a metà fra Cadarache e la sede proposta dal Giappone a Rokkasho. Anche se le fonti ufficiali E.U. affermano di volere la collaborazione di tutti, la scadenza fissata minaccia un inizio separato dei lavori senza il supporto degli altri. L’obiettivo dell’ITER è di ottenere una reazione di fusione sostenuta e di generare più potenza di quanto consumato; se si riesce si otterrà una sorgente di energia illimitata usando come combustibile il deuterio estratto dall’acqua e producendo pochi rifiuti radioattivi, ma bisogna prima costruirlo al costo di 13 miliardi di US$ con una vita di 30 anni. Lo scorso dicembre USA e Corea hanno deciso per il sito giapponese mentre Russia e Cina hanno favorito Cadarache. In settembre, frustrati dall’impasse, i ministri della ricerca dei 25 stati E.U. hanno stabilito la scadenza del 26 novembre il che implica il rifiuto ad attendere oltre. Questa mossa unilaterale ha fatto infuriare i Giapponesi che hanno accusato di arroganza i negoziatori E.U. e di mettere in pericolo non solo l’ITER, ma anche altre collaborazioni scientifiche internazionali. Come contromossa il Giappone ha iniziato delle azioni per minimizzare le differenze fra ospitare e non ospitare il progetto, cosa che oggi significa vincere una lotteria o non vincere nulla; per i Giapponesi la scelta del sito non dovrebbe portare vantaggi. L’accordo che propone E.U. è di contribuire con il 58% ai costi dell’ITER mentre gli altri 4 partner danno il 10% ciascuno ed il Giappone il 18% ottenendo però uno status privilegiato con più del 18% dei contratti nella fornitura di componenti ed una parte importante nella struttura del management. Raggiungendo un totale di 116% del costo nominale, l’extra sarebbe utilizzato dal Giappone per impianti addizionali, ma i Giapponesi ritengono questa proposta meno generosa di quella offerta da loro all’Europa se il reattore fosse fabbricato a Rokkasho. Anche se E.U. rimane confidente, un disaccordo è nelle possibilità. In ogni caso l’ITER deve andare avanti, ma proseguire con meno di 6 partner sarebbe un fallimento.
Science, 3 Dec 2004, Vol. 306, pg. 1669 - Daniel Clery - I ministri dei 25 paesi dell’Unione Europea (E.U.) la scorsa settimana hanno dichiarato che vogliono mantenere i negoziati con gli altri 5 partner per lo sforzo internazionale di costruire il reattore di fusione da 6 miliardi di US$, ma aggiungono che un punto non negoziabile è il sito. Il messaggio è contenuto in una nuova istruzione data alla Commissione Europea in cui si dichiara che Cadarache non è più il sito “candidato” dell’Europa per l’ITER, ma è “il sito”. Il Consorzio Internazionale ha speso 15 anni per progettare l’ITER, ma gli attuali partner, Cina, E.U., Giappone, Corea, Russia ed USA sono divisi su dove costruirlo, a Cadarache o nel sito giapponese di Rokkasho. La nuova dichiarazione sembra meno polemica delle precedenti. Dopo la riunione di settembre scorso la E.U. sembrava decisa ad andare avanti senza un accordo ed i Giapponesi erano furiosi così oggi non ci sono più ultimatum e scadenze, ma una richiesta a coinvolgere tutti i sei partecipanti nel negoziato. Questa formula più diplomatica ha avuto l’approvazione dei Giapponesi tuttavia non c’è flessibilità sul sito, ma in compenso si offre al Giappone un ruolo di partner privilegiato ottenendo una quota maggiore di contratti industriali rispetto alla sua partecipazione, ed avrà la possibilità di scegliere il Direttore Generale ed avere impianti addizionali come un centro di prove ed un laboratorio di supercomputer per le simulazioni della fusione. I membri europei affermano che il sito di Cadarache ha dei chiari vantaggi scientifici e fanno notare che l’Europa possiede il più grande reattore di fusione, il Joint European Torus vicino Oxford, UK, ed il più grande programma di ricerca sulla fusione uguale a quello di USA e Giappone messi insieme. La decisione sembra scontata, ma per salvare il decoro i ministri E.U. sembrano preparati ad aspettare ancora un po’.
Science, 29 Apr 2005, Vol. 308, pg. 613 - Charles Seife - Un cristallo dalle proprietà piezoelettriche è alla base di un nuovo sistema per produrre una fusione nucleare in un dispositivo da tavolo. Gli inventori di questa macchina, che funziona sparando un sottile fascio di nuclei atomici su altri atomi, affermano però che non sarà una possibile sorgente di energia, ma servirà come sorgente portabile di neutroni o di raggi X per terapie medicali. Anche questa è una fusione a temperatura ambiente, come altre che hanno dato scandalo, ma questo apparato sembra diverso ed ha vinto ogni scetticismo. Si tratta di un modo attraente per produrre un acceleratore. Seth Putterman, un fisico dell’università di California in Los Angeles, ed i suoi colleghi descrivono il dispositivo il cui cuore è un piccolo cristallo di litio-tantalato, un materiale con proprietà piezoelettriche. Se si comprime un materiale piezoelettrico, gli elettroni del cristallo si spostano su un lato ed esso si carica positivamente da una parte e negativamente dall’altra e si crea una differenza di potenziale. Lo stesso avviene se il cristallo si scalda o si raffredda. Il team di Putterman ha raffreddato il cristallo e lo ha posto in una camera piena di gas deuterio. Quando si è scaldato rapidamente il cristallo l’effetto piezoelettrico ha creato un intenso campo elettrico vicino ad un ago di tungsteno collegato al cristallo. Cristallo ed ago hanno focalizzato l’energia sulla punta di tungsteno. Gli atomi di deuterio vicini alla punta vengono ionizzati e sparati contro altri atomi di deuterio che si fondono rilasciando protoni, neutroni ed energia. Si formano neutroni in abbondanza, circa 900 neutroni si irradiano con un’energia che è quella della fusione, ma è certo che non si potrà produrre energia in questo modo. Anche se l’efficienza fosse del 100% non si avrebbe un bilancio positivo, e per il momento non si producono abbastanza neutroni per essere commercializzato; è solo un dispositivo per dimostrazioni. Però migliorandolo potrebbe diventare un generatore di neutroni per applicazioni nella sicurezza, ad esempio per verificare la presenza di materiale fissile in contenitori chiusi. Si potrebbero pure accelerare elettroni per produrre raggi X per dosi terapeutiche. Il sistema è attrattivo, non ci sono parti mobili, basta un riscaldatore.
Science, 13 May 2005, Vol. 308, pg. 934 - Daniel Clery and Dennis Normile - Sembra che i due contendenti che dovrebbero ospitare il progetto di fusione ITER da 11 miliardi di US$, Giappone ed Unione Europea (EU), abbiano raggiunto un accordo. Dopo 16 mesi di negoziati le due parti si sono accordate sulla compensazione per l’escluso. L’unica cosa aperta è il nome del vincitore che deve essere stabilito alla fine di giugno. Il programma originario prevedeva che il sito della costruzione fosse stabilito entro dicembre 2003 scegliendo fra Cadarache in Francia e Rokkasho in Giappone, ma i sei partner si sono divisi in due, con USA e Corea che sostenevano il Giappone e Russia e Cina l’EU. Lo scopo dell’ITER è di ricreare sulla Terra la fornace solare. Isotopi dell’idrogeno si fonderanno in un plasma superriscaldato con sufficiente rapidità da generare 10 volte più calore di quanto necessario al funzionamento del reattore per poter produrre elettricità con l’energia in eccesso. I costi di produzione sono di 5 miliardi in 10 anni ed altri 6 miliardi saranno spesi per fare funzionare il reattore e poi smantellarlo alla fine della vita di 30 anni. La maggior parte del denaro sarà spesa nella nazione ospitante e la competizione si è protratta a lungo. Nella riunione del 12 aprile a Tokyo si è deciso di risolvere il problema entro il 6 luglio all’inizio del summit del G8 in Scozia ed il Giappone potrebbe abbandonare la sua candidatura se ottenesse un ruolo vantaggioso nella costruzione del reattore, così le due parti hanno iniziato a lavorare su questa formula. I dettagli non sono stati resi pubblici, ma la nazione ospitante investirà il 50% del costo, gli altri 5 partner metteranno il 10% ciascuno e la maggior parte sarà come componenti costruiti dalle diverse nazioni, ma la nazione esclusa dalla scelta del sito produrrà il 20% dei componenti pagando solo il 10% e la differenza sarà pagata dalla nazione scelta. La nazione esclusa fornirà inoltre un minimo del 20% dello staff del progetto ed ospiterà una ricerca parallela per commercializzare il sistema e per lo studio dei materiali. La formula dovrà essere approvata dai sei partner ed i politici si riuniranno alla fine di giugno a Mosca. La sede del convegno è simbolica perché qui, nel 1985, i ricercatori dell’Unione Sovietica hanno convinto il Presidente Mikhail Gorbachev a proporre ai leader dell’occidente un progetto comune di ricerca per la fusione nucleare.
Science, 1 Jul 2005, Vol. 309, pg. 28 - Daniel Clery and Dennis Normile - Dopo un anno e mezzo di intensa diplomazia e di discussioni segrete, la collaborazione internazionale per la ricerca nella fusione ha finalmente scelto il sito dell’esperimento più costoso del mondo. Questa settimana in una riunione a Mosca i ministri di Cina, Unione Europea (EU), Giappone, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti hanno annunziato che Caradache, nel sud della Francia, è stato scelto come sito per l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Il Giappone alla fine ha ceduto alle pressioni lasciando cadere la sua richiesta di ospitare il sito. Lo scopo dell’ITER è di ricreare l’energia del Sole sulla Terra usando degli intensi campi magnetici per mantenere isotopi dell’idrogeno ad enormi pressioni e temperature e produrre dalla loro fusione un flusso continuo di energia. La proposta era stata avanzata nel 1985 in un summit USA-URSS ed il progetto completo era sostanzialmente pronto nel 2001 ma, quando i sei partner si riunirono in Washington DC nel dicembre 2003 per scegliere fra i due siti candidati, Corea del Sud e Stati Uniti appoggiarono Rokkasho, nel nord del Giappone, mentre Russia e Cina appoggiarono Cadarache proposto dalla EU. Ulteriori studi tecnici non sciolsero l’impasse. Alcuni Europei accusarono gli Stati Uniti di favorire il Giappone perché, a differenza della Francia, aveva appoggiato l’invasione dell’Iraq. Le cose ripresero a muoversi nell’aprile di quest’anno, quando iniziarono dei colloqui fra i contendenti per accordarsi sulle concessioni da garantire al perdente, e finalmente questa settimana il Giappone ha ritirato la candidatura di Rokkasho. Come si sapeva la EU pagherà il 50% dell’ITER sul costo di costruzione di 5 miliardi di US$, gli altri partecipanti contribuiranno per il 10% ciascuno. Come consolazione per il Giappone, EU assegnerà dei contratti alle industrie giapponesi per costruire il 20% del reattore, i ricercatori giapponesi costituiranno il 20% dello staff dell’organizzazione e l’EU sosterrà un candidato giapponese come direttore Generale. Il Giappone ospiterà anche un centro di ricerche aggiuntivo per lo sviluppo dei reattori di fusione commerciali e parteciperà alle tecnologie dei materiali e per un laboratorio di simulazioni. Per queste attività EU e Giappone contribuiranno con 800 milioni di US$ fuori dal budget ITER. Tutti sembrano contenti, ma alcuni ricercatori in EU si chiedono se non fosse stato preferibile essere perdenti perché sembra che solo la Francia abbia acquisito l’intera torta e, se i budget della ricerca in Europa si riducono, rimarrà poco oltre l’ITER nei prossimi 10 anni.
Science, 19 Aug 2005, Vol. 309, pg. 1168 - Eliot Marshall - L’uso dell’energia nucleare è in stagnazione e declino ed un gruppo di scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha pubblicato due anni fa un libro: The Future of Nuclear Power, dove si concludeva con la richiesta di un aiuto del governo. Nonostante gli alti costi di costruzione gli autori ritenevano che gli Stati Uniti dovrebbero triplicare il numero delle centrali nucleari entro il 2050 per fornire elettricità senza emettere CO2. Il gruppo del MIT proponeva una pesante tassa sull’emissione di carbonio nell’atmosfera per favorire l’energia pulita. Le condizioni politiche ed economiche sono cambiate drasticamente da quando è uscito questo rapporto. L’8 agosto scorso il Presidente Bush ha firmato la prima importante legge sull’energia dell’ultima decade. Anche se non viene decisa la carbon tax, si promettono sussidi per i nuovi investimenti sulle energie rinnovabili, come il vento e l’energia solare ed un finanziamento di più di 6 miliardi di US$ in benefici mirati ai costruttori di nuovi reattori nucleari. La legge è stata una chicca per l’industria nucleare e si parla di “rinascita nucleare”. Si fa notare che petrolio e gas naturali sono cresciuti di prezzo dal 2003 favorendo l’energia da sorgenti non fossili e si mette in risalto che l’energia nucleare è un modo per ridurre gli effetti del riscaldamento globale. La spinta nucleare si sente anche in altri paesi. L’India ha il maggior numero di reattori in costruzione e sta pianificando un nuovo sistema che si basa sul torio piuttosto che sull’uranio. Il Giappone continua a lavorare sui reattori a neutroni veloci che possono bruciare plutonio e la Cina in aprile ha annunziato che moltiplicherà per 4 la sua capacità nucleare per l’elettricità entro il 2020 usando rettori di tipo “pebble bed” che si spengono quando vanno in sovratemperatura. Nonostante questa rinascita gli scettici dicono che bisognerà fare un grande salto solo se si vuole mantenere l’attuale percentuale mondiale di energia elettrica dal nucleare che è del 17%. Molti reattori USA ed europei dovranno essere smantellati nei prossimi 20 anni ed i nuovi sono sempre più costosi delle centrali a carbone o a gas. Anche se il problema economico viene superato, rimangono ancora due problemi: la paura della proliferazione nucleare ed il problema dei rifiuti radioattivi. La minaccia del riscaldamento globale è forse il fattore chiave per ripensare al nucleare. I sostenitori dicono che se il mondo non riduce drasticamente l’emissione di gas serra subirà un catastrofico cambiamento climatico con conseguenze sul livello del mare, l’estinzione delle specie, epidemie, siccità ed eventi meteorologici estremi che si combineranno per distruggere la civiltà. La soluzione migliore sarebbe di aumentare le centrali elettriche nucleari del mondo da 441 a 5000 entro la fine del secolo. Una proposta più modesta è di mantenere l’attuale percentuale di energia elettrica da nucleare come ponte per il futuro sviluppo di energie pulite. L’UK ha attualmente il 27% di energia elettrica da nucleare, ma senza nuovi reattori rimarrà con un solo reattore nel 2025 riducendo la percentuale al 4%. Energia solare ed eolica non potrebbero coprire questo vuoto in tempo e gli impianti nucleari sarebbero sostituiti con quelli a carbone. Anche l’UK, che si è eretta a campione per la riduzione delle emissioni di CO2, sta fallendo nel rispettare gli obiettivi e le previsioni sono risultate irrealistiche. Non si può ridurre la dipendenza dai combustibili fossili senza ricorrere al nucleare. Gli ambientalisti non seguono però questa strada, ma considerano il nucleare una distrazione dalla necessità di investire nei sistemi di energia rinnovabile; si tratta di una soluzione falsa spinta dagli interessi dell’industria nucleare. Il nucleare soffre di troppi problemi: garanzia, sicurezza, radiazioni ambientali e costi eccessivi e non può sopravvivere senza un massiccio sussidio statale. Solo se si volesse ridurre di un modesto 0,2 °C il riscaldamento globale di fine secolo, sarebbe necessario portare le centrali nucleari da 441 a 700 entro il 2050 e mantenerlo fisso per altri 50 anni. Includendo il rimpiazzo delle centrali obsolete sarebbe necessario costruire in totale 1200 centrali con la frequenza di 17 all’anno. Sarebbero necessari nuovi impianti per i materiali fissili ed altri depositi per i rifiuti radioattivi. La minaccia del riscaldamento globale potrebbe non aver destato la rinascita nucleare, ma ha risuscitato il dibattito in molte nazioni dopo il silenzio degli ultimi anni.
Science, 19 Aug 2005, Vol. 309, pg. 1172 - Daniel Clery - Con i cambiamenti climatici e l’aumento dei costi dei gas naturali, i costruttori di impianti nucleari pensano che sta per venire il loro tempo. Presto la gente capirà che l’unico modo, che escluda il carbone e permetta alle economie in via di sviluppo della Cina e degli altri paesi di avere energia, sta nell’uso dei reattori nucleari. L’industria non è rimata inerte nei due decenni dopo l’incidente di Chornobyl (Chernobyl), in Ucraina. Il progetto dei reattori ad acqua leggera (LWR: Light Water Reactor), che è il tipo oggi maggiormente usato è stato rivisto accuratamente; ora è più semplice ed incorpora sistemi di sicurezza passiva che intervengono automaticamente se qualcosa esce dai limiti. Un flusso di ordini da paesi come Giappone, Corea e Cina ha alimentato le società e la legge sull’energia, firmata recentemente dal Presidente Bush, contiene generose misure per rilanciare gli impianti nucleari negli USA, ma il boom non sarà come negli anni ‘60 e ’70 del secolo scorso. Molti paesi vogliono l’energia nucleare, ma non vogliono gli impianti da 1000 megawatt delle nazioni più industrializzate, vogliono reattori rapidi da costruire, sicuri e facili da gestire, mentre le nazioni guida vogliono assicurarsi che il combustibile esaurito non possa essere utilizzato per altri scopi. In alcuni casi l’impianto non serve per generare elettricità, ma per la desalinizzazione in aree desertiche o per processi petrolchimici o per generare idrogeno. Per queste ragioni i grandi sistemi LWR non sono adatti e l’orientamento è verso reattori ad alta temperatura raffreddati a gas. Gli impianti di nuova generazione sono raffreddati con elio che alimenta direttamente le turbine per generare elettricità. Questi sistemi lavorano bene per potenze modeste di poche centinaia di megawatt lavorando a temperature da 500 a 1000 °C. Sono quindi sistemi ad alto rendimento ed adatti alla produzione di idrogeno. Il loro massimo vantaggio è la sicurezza passiva perché non può formarsi una reazione a catena e sfruttano una tecnologia detta PBMR (Pebble Bed Modular Reactor). I sostenitori dicono che questi sostituiranno i sistemi LWR perché le loro piccole dimensioni si prestano ad una produzione di serie e possono essere trasportate sul sito per strada e ferrovia. Se poi gli utilizzatori vogliono potenze superiori si possono installare in batteria e per questo si pensa che entro 20 anni i PBMR domineranno il mercato, ma non tutti sono d’accordo. Tutti i grandi utilizzatori vogliono i costi più bassi per l’elettricità e per il momento non c’è mercato per i piccoli reattori. Con una nuova legge dell’energia però è stato autorizzato il DOE a spendere 1,3 miliardi di US$ per costruire un reattore sperimentale, il Next Generation Nuclear Plant (NGNP), reattore raffreddato a gas ad alta temperatura per la produzione di elettricità ed idrogeno. Il primo reattore raffreddato a gas fu il Dragon in UK che cominciò a operare nel 1965. La General Atomics introdusse la tecnologia negli USA e nel 1970 costruì 10 impianti. Dopo gli incidenti di Three Mile Island nel 1979 e di Chornobyl nel 1986, si cominciò a ripensare al progetto dei reattori. Iniziò l’evoluzione dei sistemi LWR, ma essi erano sempre troppo complessi e nessuno li comprava. La tecnologia dei Pebble Bed Reactors risale a dopo la guerra e si basa nell’incapsulare il materiale fissile in piccole sfere di grafite, assemblarle in gran numero nel reattore e raffreddare con elio. Negli anni ’50 il fisico tedesco Rudolf Schulten riprese l’idea e costruì un reattore sperimentale che funzionò per 22 anni dal 1968. Anche per questo tipo di reattore tutto si fermò dopo Chornobyl, ma negli anni ’90 la compagnia Sud Africana Eskom che cercava nuovi reattori per le città costiere prese la licenza della tecnologia tedesca e ne cominciò la costruzione. Le sfere (pebble) delle dimensioni di una palla di tennis hanno il 4% di uranio, sono in numero di 456000 e l’elio di raffreddamento fluisce attraverso di loro e va direttamente alla turbina. Il rinnovo delle pebble è continuo perché ogni giorno alcune vengono estratte dal basso, se ne analizza il contenuto di uranio, se è ancora sufficiente vengono ricaricate dall’alto altrimenti sostituite ed il tutto viene riciclato 6 volte in 3 anni. Questo reattore è inerentemente sicuro perché se si tolgono le barre di controllo o il gas di raffreddamento la massa delle sfere aumenta di temperatura, ma ad un certo punto l’uranio 238 non fissile assorbe meglio i neutroni e si raffredda per radiazione e conduzione; la fisica del sistema è tale che incidenti catastrofici non possono mai accadere. Anche la Cina con la INET (Nuclear and New Energy Technology) ha provato un reattore simile da 10 megawatt dagli anni ’90 al 2003 ed ha pianificato di costruire un prototipo commerciale entro il 2011. La INET è entrata anche in un consorzio con la Westinghouse e la compagnia Sud Africana che sperano di essere scelte per il progetto del DOE da 1,3 miliardi. Anche la General Atomics ha sviluppato il Gas-Turbine Modular Helium Reactor (GT-MHR) con tecnologia Pebble Bed. Tuttavia senza un demo completamente funzionante nessuno compra. I demo del Sud Africa e della Cina sono stati finanziati fortemente dal governo ed ora i ricercatori confidano che il DOE voglia sperimentare il reattore raffreddato a gas per il suo interesse nella produzione dell’idrogeno. Fra i modi di estrazione dell’idrogeno c’è l’elettrolisi e la scissione termochimica che sono più efficienti ad alta temperatura. L’uso del nucleare è l’unico sistema pratico per la generazione dell’idrogeno in particolare con i reattori raffreddati a gas. Un altro vantaggio di questi reattori è che il sistema di incapsulamento del materiale fissile rende estremamente difficile estrarre il plutonio per le bombe, ma il volume dei rifiuti radioattivi è molto grande ed il problema dei rifiuti non è stato ancora risolto in modo accettabile. Il riprocessaggio di rifiuti non è stato mai preso in seria considerazione. Pochi credono però che la situazione può continuare così per sempre; bisogna affrontare completamente il problema del riciclo del materiale radioattivo ed il riprocessaggio è l’unico modo per risolverlo, ma è un problema di 100 anni e non di 10 anni. Sarà necessaria una nuova generazione di reattori capaci di distruggere i propri rifiuti. Il DOE ha cominciato a studiare il problema in un programma detto di IV Generazione. Cominciando dal 2000 si è formato un gruppo di 100 esperti nucleari internazionali e proposti sei generici tipi di soluzione da studiare. Gli esperti dell’industria sono però poco interessati perché lo vedono come un problema troppo lontano e speculativo. C’è però in Francia la AREVA che ha esperienza nei reattori a neutroni veloci per la distruzione dei rifiuti e si dice pronta a trovare in 20-30 anni una tecnologia migliore, sicura ed economica. Negli USA si è focalizzati ai problemi a breve termine; l’Amministrazione Bush è favorevole all’energia nucleare e l’opportunità è limitata nel tempo: se non si prendono decisioni entro il 2008 si perderà questa opportunità, ma una volta che gli USA inizieranno a costruire e tracciare la strada, gli altri seguiranno.
Science, 19 Aug 2005, Vol. 309, pg. 1174 - Pallava Bagla - Per più di 50 anni l’India ha seguito una sua strada per l’energia nucleare. Dopo aver rifiutato di firmare il Trattato di Non-Proliferazione Nucleare ed aver fatto esplodere una bomba atomica nel 1974, è stata esclusa dai gruppi internazionali che si scambiavano le tecnologie nucleari. Nell’isolamento ha lanciato un ambizioso programma elettrico nucleare basato tutto su tecnologie nazionali. Ciò che rende unica la strategia dell’India è che ha progettato la costruzione di reattori commerciali basati non sull’uranio, ma sul torio 232, un elemento più leggero di cui l’India ha le più grandi riserve mondiali. Il torio non subisce la fissione quando viene bombardato dai neutroni, ma una parte si trasforma in uranio 233 che è fissile e può essere usato nei reattori nucleari. Nel 1958 annunziò un ambizioso piano in tre fasi per utilizzare le sue riserve di torio. La prima fase fu la realizzazione di reattori pressurizzati ad acqua pesante alimentati da uranio per produrre plutonio. Ne furono costruiti 12. Il plutonio fu utilizzato per costruire reattori a neutroni veloci per irradiare il torio e produrre U-233 come sottoprodotto. Una miscela di U-233 e torio verrà utilizzato in reattori ad acqua pesante. La fase due di questa strategia è iniziata ufficialmente lo scorso ottobre nel centro atomico di Kalpakkam quando fu costruito un reattore da 500 megawatt per elettricità a neutroni veloci con uranio e plutonio che produrrà U-233 nel suo involucro di torio. Questo materiale fissile sarà utilizzato in reattori veloci autofertilizzanti da 40 megawatt (Fast Breeder Test Reactors = FBTR) provati già dal 1985. Il reattore da 500 megawatt costa 700 milioni di US$ e, secondo i piani, la produzione di energia elettrica da nucleare, che oggi è di 3360 MW, si porterà a 275 GW a metà del secolo. Il programma di Kalpakkam ha avuto un arresto con il tsunami del 26 dicembre 2004 che ha inondato le fondazioni del reattore ed ha provocato un ritardo di 4 mesi. Il sistema indiano è più complicato di quelli tradizionali e richiede sempre dell’uranio. Per questo l’India ha aperto al commercio nucleare con le altre nazioni ed ultimamente, nel mese scorso, una riunione fra il primo ministro Manmohan Singh ed il Presidente Bush ha riaperto a futuri scambi di personale e tecnologie con gli USA.
Science, 19 Aug 2005, Vol. 309, pg. 1177 - Gong Yidong and Dennis Normile - L’energia nucleare può aver avuto tempi duri in alcune parti del mondo, ma non in Asia. La domanda di elettricità è andata crescendo continuamente e così anche il numero di paesi che hanno adottato la fissione nucleare come sorgente sicura di energia per evitare l’emissione di CO2 e di zolfo. Man mano che il costo del petrolio e del gas è andato crescendo, l’energia nucleare è sembrata sempre più accessibile. La Cina ha fatto incetta di impianti nucleari; la Corea e l’India hanno sviluppato la loro rete elettrica nucleare ed il Giappone, nonostante l’opposizione pubblica, pianifica l’espansione della propria rete che include anche i controversi reattori a neutroni veloci. La Cina ha il piano nucleare più ambizioso anche se parte da una base minima. Oggi operano in Cina 9 centrali nucleari che forniscono solo il 2% dell’energia nazionale. Altri due reattori sono in costruzione nella provincia di Jiangsu e saranno operativi alla fine dell’anno portando la capacità a 6,7 GW; in paragone i 104 impianti degli USA producono 10 volte tanto, circa 98 GW. L’obiettivo della Cina è di raggiungere il 6% della richiesta, cioè 40 GW entro il 2020. Questo obiettivo richiederà la costruzione di circa 30 nuovi impianti da 1 GW nei prossimi 15 anni il cui costo sarà di 50 miliardi di US$. L’Institute of New Energy Technology (INET) prevede successivamente un grande salto, perché nel 2040 l’energia nucleare dovrebbe raggiungere i 300 GW. I 30 impianti previsti per il 2020 sono ritenuti fattibili e la Cina è pronta a pagare per l’aiuto esterno: l’AREVA francese, la AtomStroy Export russa e la Westinghouse americana. La Cina si basa su progetti provati e sono tutti del tipo ad acqua pressurizzata, il tipo più commerciale. Il piano di sviluppo giapponese del 2004 prevede di passare dal 25,5% del 2003 al 40,4% nel 2013, due impianti saranno messi in linea quest’anno, altri due sono in costruzione ed altri 12 sono in vari stati di avanzamento del progetto. L’India ha in costruzione 8 impianti ed altrettanti ne ha pianificati la Corea. Oltre ai reattori convenzionali l’Asia sta spingendo verso altre soluzioni. La INIT vuole costruire un prototipo di Pebble Bed Reactor con capacità di 200 MW nella provincia di Shandong entro il 2011. Anche la tecnologia dei reattori a neutroni veloci verrà sperimentata in prototipi da Cina, Giappone ed India. Questi reattori usano un insieme di plutonio ed uranio e producono altro plutonio che viene riciclato e sono quindi autofertilizzanti. Il loro interesse commerciale è ridotto perché costano molto di più di quelli ad acqua pressurizzata ed inoltre danno la possibilità di accumulare plutonio che può essere utilizzato per le bombe. Con l’eccezione del sistema Phenix francese, USA ed Europa hanno chiuso questo tipo di reattori. Per il momento non si sa chi in Asia costruirà la prima versione commerciale di questo tipo di reattore. A livello internazionale per i reattori veloci c’è il programma Generation IV. L’Istituto giapponese di sviluppo Japan Nuclear Cycle (JNC) sta studiando reattori veloci economici probabilmente raffreddati con il sodio con dimensioni ridotte e 5 volte più produttivi con una potenza di 1500 MW; un dimostratore sarà pronto per il 2015. In un piano a lungo termine il Giappone prevede di sostituire i reattori convenzionali con quelli veloci ed anche la Cina ritiene che questo succederà a metà del secolo. Il Giappone ha problemi con l’opinione pubblica. Molte critiche sono state fatte al grande impianto di riprocessaggio di Rokkasho nell’isola di Honshu capace di produrre 8 tonnellate di plutonio all’anno. Nel maggio 2007 l’impianto comincerà a convertire il plutonio in una miscela con ossidi per utilizzarlo come materiale fissile nei reattori normali, ma la preoccupazione è che, se sempre più nazioni acquisiscono la tecnologia del plutonio, sarà sempre più difficile controllare la proliferazione di armi nucleari. Anche in Cina è vivo il ricordo del disastro di Chornobyl e le proteste non mancano. Non si sa quindi come il boom nucleare dell’Asia resisterà ad una nascente opposizione pubblica.
Science, 11 Nov 2005, Vol. 310, pg. 955 - Daniel Clery - Un diplomatico giapponese è stato scelto a capo del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), la più costosa collaborazione scientifica del mondo. Questa settimana, in una riunione a Vienna, i rappresentanti dei 6 partner internazionali del progetto, Cina, Europa, Giappone, Corea e Russia, hanno designato Katame Ikeda per guidare il progetto di fusione nucleare da 12 miliardi di US$. Ikeda, attualmente ambasciatore del Giappone in Croazia, è un ingegnere nucleare ed ha coperto numerose posizioni nell’Ufficio dell’Energia Atomica dell’Agenzia giapponese di Scienza e Tecnologia, nel Ministero del Commercio Internazionale e dell’Industria e nell’Agenzia Nazionale dello Sviluppo Spaziale. La sua vasta esperienza ne fa una scelta eccellente. Secondo notizie ufficiali la costruzione sul sito di Cadarache comincerà entro poche settimane da oggi. I delegati a Vienna non si sono accordati invece sull’inclusione dell’India come partner del progetto. L’India aveva chiesto a luglio di partecipare al progetto, ma alcuni partner dell’ITER si sono opposti perché l’India non ha aderito al Trattato di non Proliferazione Nucleare.
Science, 2 Dec 2005, Vol. 310, pg. 1406 - Eli Kintisch - Per la prima volta dopo 30 anni, gli Stati Uniti fanno piani per il riciclaggio dei rifiuti nucleari allo scopo di trasformarli in nuovo materiale fissile. I critici temono che questo possa indebolire lo sforzo globale per fermare la proliferazione nucleare, i sostenitori dicono invece che il riciclaggio, non solo farà risparmiare tempo e denaro, ma anche semplificherà il problema dei rifiuti nucleari. I ricercatori hanno esplorato i sistemi di riprocessaggio del combustibile nucleare esaurito negli anni ’60, quando si credeva che l’uranio fosse scarso ed il plutonio un buon sostituto. Separando il plutonio e l’uranio dagli altri materiali fissili si poteva ridurre le quantità dei rifiuti ad alta radioattività ed aumentare il potenziale di immagazzinaggio del deposito di Yucca Mountain del Nevada. UK, Francia e Giappone hanno usato un metodo di estrazione chimica con acidi, detto PUREX, per sciogliere uranio e plutonio dalle barre esaurite. Con l’aumentato interesse sull’energia nucleare, come alternativa alle tecnologie che emettono gas serra, gli scienziati hanno sviluppato tecniche di processaggio avanzate che producono un materiale troppo radioattivo per essere rubato, contenente anche del cerio-144, altro materiale fissile fortemente radioattivo per 2 anni. Tuttavia rimane il timore di non poter tenere sotto controllo tutto il materiale fissile in un impianto complesso e, nel 1977, il Presidente Jimmy Carter fermò il supporto governativo al riciclaggio dopo che l’India aveva usato il riprocessaggio per la costruzione di armi nucleari. Gli esperti dicono che questa tecnologia rimarrà probabilmente molto costosa e diventerà conveniente solo se il costo dell’uranio aumenterà di un fattore 10, però il prezzo dell’uranio aumenterà se la domanda cresce e gli argomenti a favore e contro il riprocessaggio si bilanciano; infatti si ridurranno i costi di immagazzinaggio dei rifiuti se aumenta il numero delle centrali nucleari. Il Department of Energy, nel nuovo budget del Presidente Bush del mese scorso, ha ricevuto 50 milioni di US$ per cominciare la costruzione di un impianto sperimentale di reprocessing previsto per il 2010.
Science, 9 Dec 2005, Vol. 310, pg. 1610 - Michael Schirber - Le maggiori nazioni industrializzate stanno iniziando il progetto di fusione nucleare ITER da 12 miliardi di US$, il più costoso esperimento di tutti i tempi, ed allo stesso tempo Stati Uniti e Francia stanno spendendo miliardi di dollari per costruire i laser più potenti del mondo in parte per provare un’altra strada della fusione. Una strategia ancora diversa si sta sviluppando silenziosamente usando due laser meno potenti invece di uno più grande. I sostenitori dicono che con modesto incoraggiamento questa soluzione potrebbe sopravanzare quelle più grandi e preparare una strada più economica per la fusione. Tutte le soluzioni si basano sullo stesso principio. Quando i nuclei di idrogeno si fondono, rilasciano energia, ma per ottenere questo bisogna raggiungere enormi temperature e pressioni come quelle del nucleo del Sole. Il reattore ITER sfrutterà enormi magneti a superconduzione per contenere il plasma di idrogeno ed il suo calore affinché i nuclei fondano, sperando che si produca più energia di quella necessaria a farlo funzionare. Altri ricercatori della fusione ritengono però che lo stesso risultato si possa ottenere usando dei laser invece di magneti per comprimere e fondere l’idrogeno. Questa tecnica richiede un enorme laser dalle dimensioni di uno stadio sportivo per comprimere capsule di idrogeno di millimetri ad una densità 20 volte quella del piombo, inducendo una temperatura più alta di quella del nucleo del Sole. Nota come Fusione a Confinamento Inerziale, questa tecnologia è alcuni anni indietro rispetto a quella del reattore ITER. I ricercatori sperano di avere una prova di fattibilità da una nuova macchina: la National Ignition Facility (NIF) in costruzione presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California e con il Laser Megajoule (LMJ) in costruzione presso la France’s Atomic Commission, vicino Bordeaux. Invece di ricorrere ad un laser enorme per comprimere e fondere l’idrogeno, la fusione rapida divide i compiti fra due laser più piccoli. La differenza è come quella che esiste fra un motore diesel ed uno a scoppio a benzina. Nel primo si comprime la miscela fino a quando non esplode, nel secondo la compressione del pistone è limitata ed una scintilla fa esplodere la miscela. Sulla carta sembra quindi che sia più facile usare due laser. Le prove di fattibilità sono però ancora scarse. Un team internazionale che ha lavorato in Giappone ha dimostrato che la fusione rapida si può ottenere, ma c’è una lunga strada perché l’energia prodotta sia solo uguale a quella necessaria (breakeven point). Potenzialmente la fusione rapida si può ottenere con una pressione che è un terzo di quella necessaria al confinamento inerziale e ciò riduce di un fattore 10 l’energia necessaria alla compressione. Ambedue i sistemi laser agiscono su capsule contenenti deuterio e trizio comprimendole e formando un plasma, ma ad alte densità il plasma diviene instabile e la compressione non è uniforme. Le capsule dovrebbero avere un involucro più spesso, ma questo richiede più energia al laser. Attualmente sia NIF che LMJ non studiano la fusione, ma sono destinati alla ricerca sulle armi nucleari per simulare ciò che succede in una bomba all’idrogeno, ma in parallelo gli studi sulla fusione veloce hanno fatto progressi con team e costi limitati. I primi lavori teorici hanno indicato che si richiedeva un’enorme potenza sebbene limitata a poche decine di picosecondi e questo portò allo sviluppo del primo laser da un petawatt (10E-15 watt). Quando però la luce di questo laser penetra nel plasma, si converte in fasci di elettroni relativistici che devono essere focalizzati per non disperdere l’energia. In una collaborazione fra Giapponesi ed Inglesi, nel 2001, comprimendo con laser da 1,2 kJ la capsula di idrogeno e mandando un impulso da 0,1 petawatt (60 J) come innesco, si sono aumentati da 10 a 1000 volte i neutroni indotti dalla fusione. Si stimò che circa 1/4 dell’energia di innesco è entrata nel plasma. Il successivo passo è di un laser da 2 petawatt (5 kJ o fino a 30 kJ) come innesco entro il 2007. Altri stimano che il breakeven point si avrà con 60 kJ di innesco e probabilmente si richiedono 700 kJ per un impianto di produzione. In settembre scienziati europei hanno presentato un piano per provare il principio della fusione rapida e per la costruzione di un sistema laser detto HiPER con 200 kJ per il laser di compressione e 10 petawatt (70 kJ) per quello di innesco, con un costo di 850 milioni di US$. Il team HiPER spera così di sganciare la fusione laser dagli impianti militari. La fusione rapida promette di richiedere 1/10 dell’energia necessaria nel confinamento inerziale, un altro vantaggio è di aiutare la ricerca in altri campi come i modelli dell’interno delle stelle, le esplosioni di supernove, l’interazione nucleare e nuovi acceleratori di particelle. I ricercatori ammettono che la fusione rapida non è ora la favorita come possibile futura sorgente di energia, ma è una strada aggiuntiva.
Science, 10 Mar 2006, Vol. 311, pg. 1380 - William E. Parkins - All’inizio degli anni ’50 la bomba all’idrogeno suscitò nel pubblico la consapevolezza della potenza della fusione nucleare e nella comunità dei fisici destò la speranza di usare la fusione come sorgente di potenza. La fissione era arrivata rapidamente all’impiego civile ed ora il 14% dell’elettricità del mondo viene prodotta in questo modo, ma mentre l’energia controllata con la fissione si è ottenuta solo dopo 3 anni dalla sua scoperta, è rimasto ancora un sogno ottenerla dalla fusione ed il motivo dipende più dalla progettazione che dalla fisica. Due passi sono necessari per ottenere elettricità da una sorgente primaria: raggiungere la temperatura necessaria per convertire la sorgente in calore ed estrarre il calore dal luogo della reazione. In un reattore a fissione nucleare, l’uranio 235 inizia la reazione a catena con neutroni a temperatura ambiente ed il calore può essere estratto direttamente con un fluido che circola nel reattore. Lo schema è compatto ed abbastanza economico per competere con gli impianti a combustione. Per realizzare la fusione non c’è penuria di coppie di isotopi da usare, ma deve essere superata una barriera di potenziale con l’energia di collisione fra gli isotopi. La combinazione che richiede la minima energia è quella della coppia deuterio-tritio (D-T) che richiede un plasma stabile e di lunga vita ad una temperatura di circa 100 milioni di K, ma fino ad ora sono falliti tutti i tentativi per ottenere una produzione netta e continua di energia. Un altro possibile candidato, il D-D (deuterio-deuterio), richiede una temperatura 5 volte più elevata e non è facile l’estrazione del calore. Questa estrazione è complessa anche con la reazione D-T. Per ogni singola fusione vengono emessi 17,4 MeV, ma 14 vengono portati via da un neutrone che deve essere rallentato ed assorbito da uno schermo di litio che produce altro tritio, ma rende anche radioattivo ogni altro schermo esterno e ne danneggia le sue proprietà fisiche rendendolo fragile. Gli studi hanno dimostrato che il contenitore a vuoto del plasma deve subire periodiche sostituzioni. Un altro problema è il mantenimento dell’integrità del vuoto del contenitore del plasma la cui dimensione maggiore è vicina a 20 m e richiede molte connessioni con l’esterno per il trasferimento del calore e per i sistemi ausiliari. Perdite di vuoto sono inevitabili e la soluzione del problema richiede sistemi di controllo remoto. Negli anni ’70 i progetti negli Stati Uniti, United Kindom e Giappone hanno concepito soluzioni di centrali di fusione in scala reale ed il costo è stato stimato da 4 a 6 volte quello di una centrale a fissione. Nel 1991 un team in California ha progettato un impianto da 1000 megawatt-elettrici (MWe) ed il sistema, chiamato ARIES-I era basato su tecnologie ancora da sviluppare. Il contenitore del reattore aveva come massima dimensione 17 m, era fabbricato con un composto di carburo di silicio e funzionava a 650 °C; il trasferimento del calore avveniva a 1,2 MW/mq, 6 volte il valore usato nei reattori con raffreddamento ad elio e 2 volte quello dei reattori ad acqua pressurizzata. Il costo di costruzione per una centrale di fusione può essere stimato sulla base dell’involucro schermante. La sua area eguaglia quella del contenitore ed il suo spessore è determinato dalla velocità del flusso di calore. Un impianto da 1000 MWe richiede una potenza termica di 3000 MW, 20% della quale deve essere assorbita dalle pareti del contenitore. Assumendo una velocità di trasferimento del calore di 0,3 MW/mq, la superficie del contenitore e quella dello schermo devono avere ambedue un’area di 2000 mq e per assorbire i neutroni di 14 MeV e schermare le radiazioni prodotte, deve avere uno spessore di 1,7 m di materiale costoso. Con una densità del materiale di 3 g/cmc, il peso sarebbe di 10000 tonnellate. Un costo conservativo di 180 US$/kg porta al costo dello schermo di 1,8 miliardi di US$ e quindi ad un costo unitario di 1800 US$/kWe. Questo non include i dispositivi di vuoto, gli avvolgimenti di campo magnetico, i sistemi criogenici e di riscaldamento del plasma ed il combustibile nucleare. Sono poi fuori dal contenitore i compressori per l’elio come scambiatore di calore ed il sistema di generazione della potenza elettrica. La stima del costo totale di questa centrale è di 15 Miliardi di US$ cioè 15000 US$/kWe. Il risultato è costoso e scoraggiante; negli ultimi 50 anni il budget federale ha investito un quarto di miliardo di dollari all’anno concentrando il lavoro in pochi grandi progetti: il Tokamak Fusion Test Project a Princeton, il National Ignition Facility (NIF) al Lawrence Livermore National Laboratory e l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), progetto multinazionale che, dopo lunghi negoziati, ora si prevede venga costruito in Francia. Il NIF è di anni in ritardo sullo schedule e fuori budget, ha poche prospettive politiche e, la necessità di attendere fra due successive emissioni laser, fa dubitare della sua validità. L’ITER è nato nel 1987 e gli USA sono scettici. Da questo lavoro ultimo sicuramente emergeranno nuove conoscenze e la sua attrattiva è come sorgente di energia sostenibile, ma il suo costo eccessivo, la necessità di sostituire periodicamente l’involucro del reattore ed i complessi sistemi di controllo remote scoraggiano gli investitori. La fusione è ancora un campo dei fisici, non dell’industria e della produzione.
Science, 17 Mar 2006, Vol. 311, pg. 1532 - Robert F. Service - Quattro anni fa Rusi Taleyarkhan, che allora si trovava al Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, ed i suoi colleghi pubblicarono un articolo su Science affermando che la pressione ed il calore all’interno di bolle d’aria in un solvente organico che collassavano per effetto di intensi ultrasuoni producevano reazioni nucleari di fusione. Le prove di questa fusione sono state controverse fin dall’inizio, ma il lavoro aveva suscitato molta risonanza e molte speranze di una facile sorgente illimitata di energia. Nel loro esperimento Taleyarkhan ed il suo team avevano usato una soluzione di acetone, dove gli atomi di idrogeno erano stati sostituiti da deuterio, contenuta in un cilindro sottoposto ad intensi ultrasuoni. Il collasso delle bolle produce dei piccoli lampi di luce detti di sonoluminescenza e gli autori affermavano che gli atomi di deuterio si erano fusi producendo tritio e un protone o elio-3 ed un neutrone. Altri ricercatori non sono però riusciti a riprodurre l’esperimento e non è venuta una conferma da terzi. L’anno scorso la DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency) ha supportato gli sforzi di un chimico dell’università di California di Los Angeles, Seth Putterman, per replicare i risultati di Taleyarkhan, ora all’università di Purdue, West Lafayette nell’Indiana, e si è organizzata una riunione a Purdue nella speranza di vedere l’esperimento funzionante, ma è stata una perdita di tempo. Il sistema acustico non funzionava bene, c’erano troppe bolle piccole nella soluzione e l’eccesso di neutroni prodotti dalla fusione venivano misurati con trappole di neutroni invece di rivelatori a scintillazione che misurano con precisione il loro livello di energia; secondo Putterman i livelli di energia dei neutroni non erano quelli prodotti dalla fusione del deuterio. Taleyarkhan in pratica si rifiutò di collaborare adducendo i suoi impegni di lavoro e la DARPA fermò il programma. Nonostante queste controversie, Putterman ed altri ricercatori della sonoluminescenza affermano che l’idea della fusione nelle bolle vale la pena di essere esplorata. Al contrario della fusione fredda, ormai discreditata, con il deuterio all’interno di un blocco di palladio, il collasso delle bolle produce temperature di milioni di gradi, forse abbastanza alte da permettere la fusione e Taleyarkhan è confidente di una conferma.
Science, 14 Apr 2006, Vol. 312, pg. 180 - Richard Stone - Venti anni dopo il peggiore incidente nucleare del mondo, quello di Chornobyl, in Ucraina, le regioni maggiormente colpite, di Belarus, in Russia, ed in Ucraina, cominciano lentamente a guarire. Alla fine di quest’anno inizierà la costruzione di una massiccia struttura per isolare il reattore distrutto di Chornobyl dall’ambiente vicino e permettere in sicurezza lo smantellamento e il trasferimento delle parti interne tossiche, ma la paura scuote ancora i sopravvissuti. Secondo un rapporto delle Nazioni Unite dello scorso settembre, si stima che 4000 persone moriranno per il cancro indotto dal fall-out, secondo l’esperienza di quanto successo a Hiroshima e Nagasaki, e nessuno potrà dire l’esatto valore perché l’effetto delle basse dosi di radiazioni è estremamente difficile da valutare. Per molti ci sono complicazioni; ad esempio l’elevata incidenza di cataratte, ansietà e depressione e l’aumento di difetti alla nascita. Belarus è diventato un grande laboratorio. Il fatale evento fa ormai parte della storia. Il mattino del 26 aprile 1986, esplode il reattore Numero 4 dopo un test di sicurezza sbagliato, uccidendo 2 tecnici ed esponendo 28 altri lavoratori e vigili del fuoco, intervenuti nella scena quella notte, alle letali emissioni delle radiazioni. Il reattore bruciò per 10 giorni emettendo 400 volte la radioattività della bomba di Hiroshima. In un’operazione segreta, l’esercito sovietico inviò centinaia di migliaia di “liquidatori”, in maggioranza soldati, scienziati ed ingegneri, per soffocare il fuoco nel nucleo del reattore, per raccogliere i rifiuti radioattivi della Zona di Esclusione intorno a Chornobyl, vasta quanto il Lussemburgo, e per costruire un sarcofago di cemento ed acciaio, lo “shelter”, sopra l’edificio del reattore distrutto. Dei 600000 liquidatori registrati, circa un terzo fu impiegato nei primi mesi dopo l’incidente, nel periodo di alto rischio. Si vide l’effetto della radiazione nel loro sangue: i globuli bianchi si ridussero drasticamente, il conteggio risultò così basso che non si poté rimandarli al lavoro il giorno dopo. Solo nella primavera del 1988 il governo sovietico ha declassificato le informazioni su Chornobyl. Per scoprire quanta radiazione avevano assorbito il liquidatori, a metà degli anni ’90 si cominciò ad indagare sullo smalto dei denti intaccato dalle radiazioni analizzandolo con la risonanza paramagnetica. L’incidenza di cataratte è stata maggiore sui liquidatori che avevano ricevuto dosi maggiori di radiazioni, minori i casi di leucemia, più frequenti gli attacchi cardiaci, l’alta pressione sanguigna, i disordini digestivi ed una maggiore probabilità di cancro ai polmoni. Scoprire gli effetti sulla salute della popolazione è più difficile, mancano dati misurabili eccetto che per il cancro alla tiroide dei bambini. I bambini furono i più colpiti per la presenza dello iodio-131 radioattivo che provocò un’epidemia con 4000 casi. Le autorità di Belarus non cominciarono a distribuire pillole di iodio e ad evacuare se non dopo una settimana dall’incidente. La ghiandola tiroidea assorbe lo iodio come una spugna ed assumendo lo iodio stabile si riduce l’assorbimento di quello radioattivo che proviene soprattutto dal latte. Le regioni contaminate hanno registrato fra la popolazione ogni genere di disordini, al cuore, endocrine e nervose, e la spiegazione le fa risalire alle sofferenze ed allo stress che erode la salute pubblica. Nell’ufficio bunker dentro lo shelter di Chornobyl c’è alla parete un diagramma con i livelli radioattivi. Il livello più alto registrato poteva trasferire una dose letale in pochi minuti. All’interno ci sono 180 tonnellate di uranio, un’alta umidità prodotta dalla pioggia e dalla neve esterna che filtra e particelle di polvere radioattive che, respirate, attaccano gli organi interni con le loro radiazioni alfa e beta. Ora dopo 10 anni di lunghi negoziati dovrà iniziare la costruzione della struttura del New Safe Confinement (NSC) da 800 milioni di US$. Si sono offerti due consorzi internazionali con partner ucraini e la decisione del contratto è imminente. NSC è la struttura mobile più grande del mondo, un involucro di acciaio lungo 150 m ed alto 100 m, più della Statua della Libertà. Ci sono molti interessanti problemi di ingegneria e non tutti sono stati ancora risolti. All’inizio si era proposto di costruirlo ad alcune centinaia di metri di distanza e quindi trascinarlo sul posto, ma al livello del suolo i lavoratori erano sottoposti alle radiazioni dei materiali sotterrati vicino ed a quelle emesse dallo shelter e riflesse in basso dalle particelle dell’atmosfera. Per ridurre le dosi la struttura verrà costruita in segmenti e quindi assiemata. Dopo il completamento, previsto nel 2010, NSC sarà spostato su binari badando ad evitare condensazione di umidità all’interno e di sollevare polvere. Si useranno gru mosse a distanza per smontare e sotterrare definitivamente ciò che rimane dello shelter pericolante. NSC durerà un secolo e dopo si potrà pensare, si spera, a rimuovere il combustibile nucleare e portarlo in un deposito geologico. In due generazioni la maggior parte del cesio e dello stronzio radioattivo sarà decaduta ed i liquidatori saranno in maggioranza morti, ma il ricordo del disastro tormenterà ancora.
Science, 19 May 2006, Vol. 312, pg. 992 - Dennis Normile - Quando nel 1985 fu iniziato lo sforzo da 11 miliardi di US$ dell’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) fra i membri originari, Stati Uniti, Unione Europea, Giappone ed Unione Sovietica, questi erano unici nel mondo a voler riprodurre il processo che avviene nel Sole per generare energia. Ora arriva l’era della ricerca per la fusione in Asia e Cina, Corea del Sud ed India vogliono contribuire alla cruciale impresa. La prima tigre asiatica della fusione è l’Institute of Plasma Physics (IPP) della Chinese Academy of Science che in marzo ha finito di provare una macchina mai costruita prima: un tokamak completamente a superconduzione. Il contenitore toroidale non è il più grande ed il più potente esistente per confinare un plasma di isotopi di idrogeno ad alta temperatura, ma finché India e Corea del Sud non metteranno in linea macchine simili, sarà il solo a confinare il plasma per 1000 secondi invece delle decine di secondi ottenuti fino ad ora. L’ITER si prevede che sia completato nel 2016 e manterrà il plasma tanto a lungo da dimostrare la praticità della fusione. I ricercatori della Cina, con l’Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) vogliono imparare a domare il plasma per lunghi periodi e sarà un grande contributo ai futuri reattori a fusione. La ricerca della fusione nella prossima decade dovrà provare la fisica del plasma in stato stazionario come quella promessa dall’ITER e l’EAST avrà il suo ruolo. EAST verrà completato in 5 anni con un budget limitato di 37 milioni di US$, una frazione di quello che sarà il costo sostenuto dagli USA. La fusione richiede di scaldare isotopi di idrogeno a 100 milioni di gradi Celsius ed il Tokamak è una camera a forma di ciambella nella quale le linee di forza circolari del campo magnetico confinano il plasma. I primi tokamak erano a sezione circolare egli avvolgimenti di rame potevano operare a potenza di picco per brevi intervalli prima di surriscaldarsi. L’ITER è ora più sofisticato ed ha una sezione a D e gli avvolgimenti saranno a superconduzione. Il Congresso degli USA aveva cancellato il progetto di un tokamak con sezione a D a superconduzione come anticipazione all’ITER e l’EAST e gli altri tokamak asiatici copriranno questo vuoto. Il governo cinese ha approvato l’EAST nel 1998. L’IPP fondata nel 1978 aveva costruito negli anni ’80 alcuni piccoli tokamak e successivamente ha acquistato esperienza per la costruzione degli avvolgimenti a superconduzione ed altri componenti di alta tecnologia, troppo costosi se acquistati all’estero. Si è così attrezzata con macchine di precisione e per provare materiali e componenti a temperature criogeniche. All’inizio dell’anno ha provato l’intero sistema assiemato raffreddando le 200 tonnellate di avvolgimenti alla temperatura di 4,5 kelvin. Si prevede di introdurre in agosto l’idrogeno e formare il primo plasma. Si stanno ora pianificando gli esperimenti per controllare le instabilità del plasma nella sezione a forma di D. EAST ha delle limitazioni: non prova a riscaldare internamente i plasma come l’ITER ed usa solo la combinazione di idrogeno e deuterio invece di deuterio e trizio che fondono a più bassa temperatura. India, Corea e possibilmente anche il Giappone si uniranno presto alla Cina. L’Institute of Plasma Research indiano sta ordinando lo Steady State Superconducting Tokamak e l’accensione del plasma è previsto in estate. Il progetto di 45 milioni di US$ è stato lanciato nel 1994 e produrrà il più piccolo dei nuovi tokamak. La machina più ambiziosa è la Korean Superconducting Tokamak Reactor (KSTAR) ed utilizzerà i superconduttori più avanzati con lega niobio-stagno che saranno usati nell’ITER. Il progetto da 330 milioni di US$ è stato rinviato a causa della crisi economica coreana nella fine degli anni ’90. Ora l’obiettivo è di ottenere il primo plasma all’inizio del 2008. Per il Giappone, da anni l’Atomic Energy Agency sta studiando la possibilità di aggiornare il suo tokamak JT-60 introducendo la superconduzione ed ora utilizzerà i fondi ottenuti dall’Unione Europea come compensazione dopo l’accordo di costruire l’ITER in Francia.
Science, 6 Oct 2006, Vol. 314, pg. 62 - Geofrey S. Ginsburg - Al 20° anniversario del disastro nel reattore nucleare di Chernobyl, il 26 aprile 1986, si avrà una nuova opportunità di verificare gli effetti delle radiazioni sulla salute e sull’ambiente in tutta la zona. Tra breve migliaia di lavoratori torneranno a Chernobyl ancora una volta per operare sul sarcofago da 1,1 milioni di tonnellate progettato per contenere il reattore, ma che ormai risulta compromesso nella sua impermeabilità ed integrità strutturale. La struttura sarà sostituita dal New Safe Confinement (NSC) shelter, detto anche “the Ark” che misura 885 piedi di larghezza e 360 piedi di altezza con un costo di 800 milioni di US$. La costruzione, che comincerà subito, finirà nel 2010. I lavoratori che costruiranno NSC, demolendo i resti dell’impianto nucleare, saranno esposti a numerosi rischi e principalmente alle radiazioni ionizzanti; vi sarà quindi un’altra opportunità per misurare l’esposizione e l’impatto sulla salute umana. Lo scorso autunno il Forum di Chernobyl, un consorzio formato da otto agenzie delle Nazioni Unite, dal governo dell’Ukraina di Belarus e dalla Russia, hanno emesso un completo rapporto sulla salute di lungo termine e sugli impatti ambientali e socioeconomici del disastro di Chernobyl. Dopo l’esplosione del reattore n. 4, le autorità militari sovietiche avevano inviato più di 600000 persone per il soccorso, detti liquidators, per spegnere l’incendio del nucleo, consolidare i resti e cominciare la costruzione di un sarcofago di cemento ed acciaio. Si è molto dibattuto sulle conseguenze subite dai liquidatori in termini di malattie ematologiche, cancro alla tiroide ed al cervello ed altri tumori solidi, perché sono mancate valutazioni sistematiche e complete. L’ignoranza degli effetti delle radiazioni ed il blackout di 2 anni imposto dalle autorità sovietiche, hanno impedito un’indagine attendibile degli avvenimenti. C’è la quasi certezza che i lavoratori di NSC si troveranno vicini alle sorgenti di radioattività, incluse le acque ed i rifiuti radioattivi fra cui il cesio-137 che ha un periodo di dimezzamento di 30 anni. Ci saranno apparecchiature che opereranno in modo remote e l’esposizione dei lavoratori sarà controllata con dosimetri per minimizzare i rischi. Dai lavoratori a più alto rischio verranno prelevate le cellule staminali del sangue in modo da poterle reintegrare in caso di eccessiva esposizione. Sarà di grande utilità il controllo del modo di reagire di 1400 lavoratori sottoposti ad un’esposizione di radiazioni a basso livello nella ricerca di nuovi biomarker da monitorare anche in futuro in situazioni di pericolo radioattivo accidentali o provocati. Saranno create infrastrutture per il monitoraggio medico e la raccolta dei dati demografici e clinici e dei campioni biologici per tutti i lavoratori che saranno seguiti a partire dal tempo zero ed a intervalli regolari. Lo stato di salute verrà monitorato da biomarker e verranno creati dei protocolli. L’indagine sarà estesa agli effetti sulla fertilità e sui danni al DNA ed alle condizioni mentali. L’International Commission on Radiological Protection stabilisce a 50 millisievert per anno la dose di radiazione che misura gli effetti biologici e l’esperienza che si porta avanti a Chernobyl darà l’opportunità di verificare gli effetti sulla salute umana di questi livelli. Il lavoro è scarso nell’area di Chernobyl ed i lavoratori locali saranno incentivati nonostante il rischio.
Science, 13 Oct 2006, Vol. 314, pg. 238 - Daniel Clery - A novembre, i politici che rappresentano più della metà della popolazione mondiale firmeranno un accordo che segnerà la partenza del progetto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Benché iniziato nel 1985, il progetto è rimasto sulla carta. I governi di Cina, Unione Europea (EU), India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti libereranno i 6 miliardi di US$ per la sua costruzione seguiti da una uguale cifra per i successivi 20 anni di funzionamento. Sarà quindi compito di un team di scienziati ed ingegneri dimostrare che il sistema funzioni. Se funzionerà il premio sarà enorme. La popolazione mondiale, che nel 2030 salirà da 6,5 a 8,1 miliardi, e le economie di Cina ed India e di altri paesi affamati di energia richiederanno molte altre centrali di potenza. Le alternative sono bruciare più carbone, con le conseguenze sul clima, costruire altre centrali a fissione nucleare, con i rischi dei rifiuti radioattivi e del terrorismo, o tentare altre sorgenti alternative ancora costose e poco efficaci. L’ultima è la scommessa della fusione nucleare che non emette gas serra, produce pochi rifiuti radioattivi, non può esplodere in una reazione incontrollabile ed il cui combustibile si trova senza limiti nell’acqua di mare. Un impianto del genere potrebbe produrre una potenza affidabile e continua come richiesta dalle città. Una centrale a carbone da un gigawatt brucia 10000 tonnellate di carbone al giorno, mentre una uguale centrale a fusione richiede circa un kg di deuterio-trizio. La soluzione però non è vicina. Gli scettici dicono che la fusione è la potenza del futuro e rimarrà tale. Il Sole è un gigantesco reattore a fusione, ma ricreare sulla Terra le condizioni che ne permettono il funzionamento è estremamente difficile. Dagli anni ’50 sono stati costruiti alcune dozzine di prototipi di reattori a forma di ciambella, noti come tokamak, ma solo pochi sono arrivati ad innescare la fusione nel loro plasma. Nel 1997, il Joint European Torus (JET), in UK, il più grande tokamak esistente, è riuscito a produrre 16 megawatt di potenza che era solo il 6% di quella necessaria a farlo funzionare. Si è previsto che un tokamak più grande (l’ITER è il doppio del JET in dimensioni) potrebbe superare molti problemi, ma l’ITER non è il prototipo di una centrale ma un prototipo sperimentale che finalmente stabilirà se è possibile domare l’energia del Sole. L’ITER dovrà produrre 500 megawatt di potenza, 10 volte quella necessaria al suo funzionamento, ma un impianto industriale richiederà diverse volte questo livello e dovrà funzionare in modo continuo senza interruzione. Vi sono molti problemi. Le pareti interne devono sopportare temperature elevate, si devono controllare le instabilità del plasma e trovare il modo di ottenere un funzionamento continuo e non a brevi impulsi come negli attuali reattori. Il progetto è stato definito nel 2001, dopo 13 anni di prove che sono costate un miliardo di US$; a questa data i partner erano EU, Giappone e Russia, perché gli USA si erano ritirati nel 1999, ed iniziarono i negoziati per la fabbricazione. Nel dicembre del 2003, Cina e Corea del Sud, e poi anche gli USA, si associarono di nuovo ed il problema del sito i ridusse a solo due alternative dalle 4 precedenti: Rokkasho in Giappone e Cadarache in Francia. I negoziati continuarono aspri per 18 mesi e finalmente, a giugno 2005, il Giappone accettò Cadarache in cambio di alcuni contratti della EU alle compagnie giapponesi ed alla divisione di alcuni extracosti di ricerca in Giappone. Si ebbe l’adesione dell’India e, come direttore dell’ITER, fu nominato Kaname Ikeda, un diplomatico giapponese con esperienza nucleare e anche i sette rappresentanti delle nazioni partecipanti. Entro la fine di quest’anno l’organizzazione dell’ITER impiegherà non più di 200 persone, ma in tutto il mondo almeno 4000 ricercatori stanno lavorando direttamente o indirettamente al progetto e si è già creata una concorrenza fra i vari gruppi che vogliono introdurre modifiche al progetto per rendere la macchina più flessibile in vista di tutti i possibili scenari, mentre lo staff vuole rimanere nei tempi e nel budget. Un design review sarà tenuto a dicembre e da allora sarà un processo continuo. Dal progetto JET derivano molte trasformazioni, fra queste l’introduzione di un “dirottatore”, una struttura nella parte inferiore del tokamak che estrae materiali di rifiuto e calore. Un’altra area critica è la superficie interna del contenitore a vuoto, la prima superficie sottoposta a forti sollecitazioni di temperatura. Il carbonio potrebbe resistere al calore, ma reagisce con il trizio, e molti propongono il tungsteno, ma bisogna essere sicuri che il plasma non tocchi la sua superficie e questo è ancora lontano dall’essere garantito perché la stabilità del plasma è un processo molto difficile da controllare con tante variabili. All’inizio del progetto, negli anni ’50, si pensava che la zona del plasma dal centro di fusione alla periferia doveva essere di mezzo metro, invece oggi l’ITER ha 8 metri di raggio. All’interno del Sole calore e pressione derivano dalla sua enorme massa, nell’ITER la pressione nel plasma è solo di 5 atmosfere ed in compenso la temperatura deve raggiungere 100 milioni di gradi. I ricercatori non sanno ancora quale metodo di riscaldamento usare: fasci di elettroni, ioni, particelle neutre o microonde. Nel plasma possono insorgere molti tipi di instabilità fra cui le perturbazioni da risonanza magnetica e vi sono molti modi per contrastarle come quello di sollecitare la corrente del plasma nell’anello del tokamak in modo variabile da punto a punto con i riscaldatori in modo da calmare le oscillazioni, un altro modo è di cambiare la forma della sezione del plasma ed infatti le macchine più recenti non hanno sezione circolare ma una forma a D o quasi triangolare. Un altro fenomeno è che quando un nucleo di deuterio si fonde con uno di trizio si produce un atomo di elio ed un neutrone veloce. Il neutrone non sente il campo magnetico e colpisce l’involucro esterno cedendo energia da trasferire per produrre vapore. I nuclei di elio rimangono nel plasma e lo riscaldano con la loro energia e dopo diventano materiali di rifiuto da estrarre attraverso il dirottatore. Questo avviene non in modo graduale ma intermittente a impulsi provocando un’altra instabilità detta di edge-localized mode (ELM) che non è stata completamente compresa. Un modo di contrastarla è di aggiungere un avvolgimento magnetico ausiliario per creare un campo caotico. A parte le instabilità, il tokamak è per sua natura un dispositivo impulsivo che genera impulsi di potenza e deve essere riconfigurato per ripartire. La corrente di plasma nell’anello è di circa 15 milioni di ampere ed è prodotta da una corrente crescente nell’avvolgimento. Avvolgimento ed anello del plasma agiscono come primario e secondario di un trasformatore. Il ciclo di funzionamento è limitato dalla massima corrente che può fluire negli avvolgimenti e la massima durata del ciclo raggiunta ad oggi è di 6 minuti. Un funzionamento ad impulsi sottopone a sollecitazioni elevate il sistema. Per aumentare la corrente del plasma si scalda il fascio iniettando le particelle in una direzione e queste, spiralizzando intorno alle linee di forza del campo magnetico, producono una corrente aggiuntiva di bootstrap del 30-40%. Per aumentarla si deve aumentare la pressione del plasma e questo aumenta l’instabilità.
Con il suo costo totale di 12 miliardi di US$, l’ITER è l’esperimento più costoso del mondo, a parte la Stazione Spaziale Internazionale. Alcun fisici del plasma sono scettici che la fusione possa diventare una sorgente di potenza utilizzabile. Dopo 50 anni di ricerche si ammette che è necessario un altro mezzo secolo per avere una centrale a fusione funzionante. A metà di questo secolo sapremo come farla ed allora la comunità mondiale deciderà se la vuole. Il pioniere della fusione dell’Unione Sovietica, Lev Artsimovich, disse 30 anni fa: “La fusione sarà pronta quando la società ne avrà bisogno”. Forse questo tempo si sta avvicinando.
Science, 24 Nov 2006, Vol. 314, pg. 1227 - Daniel Clery - Anche se i Giapponesi hanno dovuto ritirare la loro candidatura ad ospitare il progetto ITER, hanno ottenuto un premio di consolazione di 870 milioni di US$ da spendere in Giappone per impianti correlati al progetto con un uguale contributo dall’Unione Europea e dal Giappone. Gli Europei, per parte loro sono soddisfatti perché questo sforzo dovrebbe accelerare il lavoro verso una soluzione commerciale del reattore con un vantaggio di tutto il programma di fusione. La cifra aggiunta doveva essere usata per costruire l’International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) che userà neutroni, simili a quelli presenti nel reattore di fusione, per provare e validare i materiali da usare nel prototipo commerciale, detto DEMO, che verrà dopo l’ITER. Una volta completato l’accordo sul sito dell’ITER nel giugno 2005, ci si è accorti che non c’è abbastanza denaro per costruire l’IFMIF, ed il Giappone ha altre priorità. Vuole infatti ricostruire lo IT-60, il proprio reattore di fusione, con magneti a superconduzione e creare un mini-ITER, vuole inoltre costruire a Rokkasho un International Fusion Research Center con un supercomputer per simulazioni e guidare gli sforzi per il progetto del DEMO. I rappresentanti dell’Unione Europea richiedono solo di discutere nei prossimi negoziati di Broader Approach: lo sforzo di progettazione per l’IFMIF, in modo che la sua costruzione possa iniziare circa 6 anni da oggi. Per il progetto sono stanziati 190 milioni di US$. Il Giappone ha chiarito che, anche se vuole dirigere il progetto, non è necessario che ospiti l’impianto. La E.U. si è allora offerta di ospitare l’impianto. Fra una settimana inizieranno le riunioni del Broader Approach che sarà firmato entro l’anno e che segnerà la creazione dell’organizzazione internazionale per la costruzione.
Science, 12 Jan 2007, Vol. 315, pg. 174 - Valerie Brown - La promettente idea di immobilizzare i rifiuti nucleari non sembra così sicura. I ricercatori si sono concentrati sulle ceramiche cristalline come gli zirconi come un mezzo robusto capace di contenere il plutonio, un prodotto di fissione del combustibile nucleare esaurito che ha una vita di dimezzamento di 24000 anni. Tuttavia nuovi studi di numerosi fisici dell’università di Cambridge, UK, rivelano che le radiazioni alfa possono danneggiare la struttura di queste ceramiche più rapidamente di quanto previsto. Un insieme di zircone contenente il 10% di plutonio-239 può diventare amorfo in 1400 anni, troppo poco rispetto all’obiettivo previsto di 210000 anni e sono necessari quindi maggiori ricerche. Lo zircone (ZrSiO4) è stato studiato per conservare i rifiuti radioattivi perché spesso contiene allo stato naturale inclusioni di elementi radioattivi a lunga vita, come uranio e torio, ed alcuni campioni sono vecchi come la Terra. Misurando con la risonanza magnetica nucleare (NMR) il numero delle dislocazioni degli atomi di silicio per ogni particella alfa emessa, prima con i normali contenuti di uranio e torio e poi con zircone drogato con plutonio-239, si sono trovati valori fra 1000 e 2000 atomi e poi fino a 5000 atomi, indicando che la struttura si sarebbe presto danneggiata. Altri dicono che, benché queste prove siano significative, non chiariscono il problema principale che è se la trasformazione in struttura amorfa abbia un effetto negativo sulla capacità del materiale a trattenere il plutonio. Molti ricercatori ritengono di si perché i cambiamenti dimensionali nel materiale possono aumentare le perdite all’esterno dei materiali pericolosi. Il piano di immagazzinaggio USA per i rifiuti delle armi si basa su un mezzo completamente amorfo: il vetro. Il Department of Energy (DOE) fonde il materiale radioattivo con vetro al borosilicato. Altri ritengono che la vetrificazione sia un metodo completamente instabile per conservare i rifiuti, mentre i contenitori ceramici possono essere resi altamente stabili, ma non gli zirconi, e suggeriscono la fluorite cristallizzata perché la sua forma amorfa sta fra il vetro ed i silicati e può tollerare molto meglio i difetti indotti dalla radioattività. Nonostante le difficoltà, si ha fiducia che la tecnica NMR possa aiutare a trovare materiali alternativi più robusti.
Science, 18 May 2007, Vol. 316, pg. 964 - Robert F. Service - L’università di Purdue a West Lafayette, Indiana, ha iniziato un’inchiesta sulla “bubble fusion” del ricercatore Rusi Taleyarkhan dopo averlo assolto dall’accusa di condotta scorretta. Taleyarkhan, un ingegnere nucleare professore a Purdue, aveva promosso la controversa idea che le onde sonore possono fare collassare le bolle d’aria in un liquido e provocare la fusione degli atomi fornendo energia. Se vera la “sonofusion” avrebbe assicurato un’abbondante e pulita fonte di energia. Lo scorso anno però, i ricercatori di Purdue si erano lamentati che Taleyarkhan aveva impedito i loro sforzi di replicare l’esperimento. Per reazione le autorità dell’università avevano deciso un riesame a febbraio 2006 e questo febbraio hanno concluso di assolvere Taleyarkhan dall’accusa di comportamento scorretto. Tuttavia critici, dentro e fuori dell’università, si sono lamentati che l’inchiesta era stata troppo breve e che la commissione non li aveva contattati. In marzo Brad Miller della Commissione governativa su Scienza e Tecnologia ha chiesto copie dei rapporti interni dell’università avendo notato serie irregolarità rispetto alla corrente pratica scientifica. Taleyarkhan, in una e-mail a Science respinge le accuse e dichiara che nel conflitto si è perso l’interesse scientifico, che la sonofusion è un fatto reale, ma che non è ancora riproducibile a richiesta. Il vicepresidente dell’università, Joseph Bennett ha aperto una nuova inchiesta che dovrebbe durare tre mesi per provare l’integrità degli studi. Altri membri dell’università sono preoccupati che il conflitto danneggi il dipartimento di Taleyarkhan ed i suoi ricercatori. La nuova inchiesta darebbe l’opportunità di rasserenare gli animi.
Science, 30 May 2008, Vol. 320, pg. 1142 - Adrian Cho - Questa settimana il Department of Energy (DOE) ha bloccato il programma del National Compact Stellarator Experiment (NCSX) al Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), nel New Jersey, uno dei quattro grandi reattori per il confinamento magnetico degli USA. Il budget dello Stellarator era esploso nel 2001. Era stato proposto come un progetto da 58 milioni di US$, era partito con un budget di 102 milioni con fine nel 2009 e lo scorso aprile il suo costo era arrivato a 170 milioni con la previsione del completamento non prima del 2013. Se fosse stato completato, NCSX sarebbe servito come prototipo per il prossimo progetto di fusione dell’ITER, la macchina da 120 miliardi di US$ che verrà costruita a Cadarache, in Francia. L’ITER e le tre altre macchine negli USA sono tokamak, reattori costruiti intorno ad un avvolgimento magnetico tubolare a forma di toro. Per confinare il plasma all’interno di questo magnete, il campo deve essere modificato in modo da creare delle spirali all’interno ed il plasma deve fluire all’interno per produrre una corrente elettrica. Il flusso si genera applicando impulsi del campo magnetico o con altri sistemi più complicati. Lo stellarator usa invece un avvolgimento sagomato in modo complicato per generare un campo a spirale. I ricercatori sono riusciti a fabbricarlo, ma avevano bisogno di maggior tempo e denaro per mettere insieme l’intera macchina. La cancellazione di NCSX provoca una battuta di arresto nel programma di fusione USA ed aumenta l’incertezza che regna fra i fisici del plasma. Non si sa se questo porterà alla chiusura del PPPL. Il Laboratorio ha quest’anno uno staff di 420 persone ed un budget di 77 milioni. Alcuni fisici sostengono che il DOE avrebbe dovuto sostenere il progetto, nonostante i suoi costi.
Science, 13 Jun 2008, Vol. 320, pg. 1405 - Daniel Clery - In questo mese i paesi finanziatori del progetto ITER da 10 miliardi di Euri, che deve dimostrare la possibilità di controllare il plasma e la reazione di fusione per la produzione di energia, attendono che gli scienziati presentino le loro richieste di modifica al progetto. Le modifiche sono necessarie per i progressi nella scienza della fusione dal 2001. La lista delle modifiche sarà resa nota dopo la riunione della commissione governativa del 17-18 giugno in Giappone. La revisione del budget non dipende solo dalle varianti al progetto. I prezzi dell’acciaio e del rame sono esplosi ed alla fine dell’anno scorso il Congresso USA ha annullato il suo contributo per il 2008. L’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) è stato in discussione dalla metà del decennio 1980. Nel 2001 Cina, Unione Europea, Giappone, Russia, Sud Corea e Stati Uniti, si sono accordato a costruire il sistema a Cadarache, in Francia. Prima di iniziare la costruzione il management ha deciso di chiedere ai ricercatori una revisione per dare al progetto le migliori probabilità di raggiungere gli obiettivi. Il rapporto di revisione raccomanda 80 modifiche, che includono il sistema di riscaldamento del plasma ed il diverter, dispositivo per l’estrazione del combustibile esaurito. La Commissione consultiva di Scienza e Tecnologia cercherà di separare le modifiche essenziali da quelle solamente desiderabili e stimare i costi e l’impatto sui tempi. Uno dei punti critici è il controllo dei rilasci esplosivi di energia ai bordi del plasma detti edge-localized modes (ELM). Un modo è di creare un opportuno campo magnetico con un avvolgimento secondario la cui integrazione è costosa. La Commissione dovrà affrontare anche la situazione del budget USA dopo la decisione del Congresso di cancellare i 149 milioni di US$ del budget 2008. Il Congresso potrà estendere semplicemente il budget per altri 6 mesi lasciando scoperto fino ad aprile 2009. Se non riprenderanno i finanziamenti USA nel 2009 ci sarà un serio problema.
Science, 27 Jun 2008, Vol. 320, pg. 1707 - Daniel Clery - La scorsa settimana gli scienziati hanno rivelato la nuova stima dei costi per il progetto ITER con un 30% di maggiorazione rispetto ad una precedente stima. L’ITER è progettato per mostrare in modo conclusivo che la fusione degli isotopi dell’idrogeno ad altissima temperatura può essere realizzata sulla Terra per fornire una pratica sorgente di energia. Dopo 15 anni di discussioni era stato liberato il progetto finale del 2001 con un reattore da 20000 tonnellate, di dimensioni doppie di quello costruito fino ad oggi. Nel 2006 i partecipanti: Cina, Unione Europea, Giappone, Russia, Sud Corea e Stati Uniti, avevano scelto di costruirlo a Cadarache, nel sud della Francia. Il prezzo attuale è di 10 miliardi di Euri, la metà dei quali impiegato per la costruzione. La scorsa settimana la commissione che dirige il progetto si è riunita ad Amori, Giappone per sentire le nuove propose di revisione fra cui numerose migliorie nei componenti, un magnete per il riscaldamento del sistema ed altri magneti addizionali per il controllo delle scariche esplosive. Queste modifiche di progetto avranno un costo extra fra 1,2 ed 1,6 miliardi di Euri. La commissione ha deciso una verifica indipendente dei costi in tempo per la prossima riunione di novembre ed ha approvato il ritardo di 2 anni con fine 2018 per l’accensione del reattore. Gli scienziati ritengono che le varianti al progetto siano cruciali per il successo ed i costi dovranno essere approvati, ma alcuni governi non saranno certamente contenti. Si prevedono dei difficili negoziati diplomatici.
Science, 20 Feb 2009, Vol. 323, pg. 1003 - Dennis Normile - Il National Fusion Research Institute (NFRI) della Corea del Sud ha presentato il sistema più avanzato di reattore Tokamak a superconduzione (KSTAR). La tecnologia chiave è quella dei magneti a superconduzione che usano la lega niobio-stagno e la macchina ha prodotto il suo primo plasma pochi mesi fa. Il KSTAR ha portato la Corea all’avanguardia della fusione e vuole influenzare il programma ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) di Cadarache in Francia che deve entrare in funzione nel 2016. L’ITER deve risolvere il problema della produzione di elettricità mediante il processo di fusione usando il confinamento magnetico del plasma all’interno di una ciambella detta tokamak. Prima di iniziare l’attuale progetto, i ricercatori avevano imparato a controllare il plasma sperimentando una mezza dozzina di tokamak e il KSTAR è l’ultimo della serie ed il più giovane, che costerà 800 milioni di US$ dopo gli ultimi miglioramenti. Il maggiore vantaggio del KSTAR è che permetterà di confinare il plasma per 300 secondi invece dei 20 secondi dei vecchi tokamak. L’ITER è stato proposto per la prima volta nel 1985 dal premier sovietico Mikhail Gorbachev al presidente USA Ronald Regan. I primi quattro partner del progetto furono Unione Sovietica, Stati Uniti, Unione Europea e Giappone. Venti anni dopo l’ITER è passato alla fase costruttiva e si sono aggiunte altre tre nazioni asiatiche, Cina e Corea nel 2003 e India nel 2005. I nuovi arrivati hanno voluto dimostrare di portare una propria esperienza: l’India con lo Steady State Superconducting Tokamak del 1994, la Corea avendo iniziato il KSTAR nel 1995 e la Cina avendo completato il suo Experimental Advanced Superconducting Tokamak nel 2006. Il presidente della NFRI coreana, Gyung-Su Lee, aveva promosso la ricerca sulla fusione nell’industria pesante coreana ed aveva convinto il governo a investire una grande quantità di denaro sulla futura energia della fusione come un’assicurazione. Come nell’ITER, il KSTAR usa magneti a superconduzione, sia per il campo toroidale dell’anello che costituisce la camera a vuoto del plasma, che per quello poloidale che segue la curva del toro. Solo il tokamak della Cina riesce pure a confinare il plasma per 300 secondi o più. Altri tokamak usano magneti con avvolgimenti di rame per il confinamento fino a 20 secondi prima di raggiungere il limite termico. L’importanza del KSTAR (e del tokamak cinese) è che con i lunghi impulsi si riescono ad esplorare i problemi che si incontrano a questi limiti. L’ITER deve inizialmente operare a 300-500 secondi, prima di salire ai 3000 secondi. Il KSTAR usa lo stesso sistema dell’ITER per riscaldare il plasma ed aumentare la corrente nel toro, iniettando particelle neutre e bombardando il plasma con onde radio e ha provato anche nuovi metodi per smorzare le instabilità iniettando deuterio nel plasma. Il tokamak del KSTAR sarà all’inizio rivestito di piastrelle di carbonio, ma in seguito userà materiali a base di tungsteno, ha provato anche la fattibilità dell’uso degli avvolgimenti in niobio-stagno che anche l’ITER intende usare. Ancora nessun tokamak, compreso il KSTAR, è riuscito a produrre per fusione la metà dell’energia consumata, mentre l’ITER è progettato per produrre più energia di quanta ne consuma usando come combustibile un misto di deuterio e trizio che fonde a temperatura più bassa. KSTAR non ha ancora la soluzione, ma è per il momento il dispositivo più all’avanguardia.
Science, 17 Apr 2009, Vol. 324, pg. 326 - Daniel Clery - Nel novembre 1957 Gordon Gould, studente della Columbia University, scrisse un appunto su come costruire un laser, termine coniato da lui. Aggiunse che possibili impieghi del dispositivo includevano spettrometria, interferometria, radar e fusione nucleare, questo tre anni prima che il laser fosse realizzato. Gould non ebbe il premio Nobel per il laser nel 1981 e per 30 anni lottò per ottenere un brevetto. Alla fine molte delle applicazioni che aveva previsto divennero realtà, tranne la fusione nucleare. Il prossimo anno, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in California, cercheranno di raggiungere questo obiettivo con il National Ignition Facility (NIF) completato ufficialmente lo scorso mese. L’edificio è alto 10 piani e copre un’area grande come tre campi di calcio. I suoi fasci producono per brevi istanti una potenza di 500 terawatt, più della potenza di picco generata in tutti gli Stati Uniti. Se tutto va secondo i piani, nel 2010 la potenza di questi fasci verrà diretta su una piccola sfera di berillio piena di isotopi di idrogeno. L’implosione porterà l’idrogeno ad una temperatura e pressione più alta di quella al centro del Sole e gli isotopi dell’idrogeno faranno quello che fanno nel Sole: si fonderanno in elio rilasciando grandi quantità di energia, cosa che si verifica solo nelle esplosioni nucleari e nelle stelle. Questo potrebbe avere profonde implicazioni nel futuro delle nostre fonti di energia. La fusione laser fornirebbe energia senza limiti con pochi scarti radioattivi. In realtà la produzione di energia non è stata la ragione d’essere del NIF che è stato voluto dalla National Nuclear Security Administration (NNSA) per la manutenzione e la sicurezza delle armi nucleari e dei reattori navali. Il NIF fornirà dati sperimentali per confermare le simulazioni delle esplosioni nucleari. In assenza di test nucleari, il NIF dirà ai progettisti delle armi come si comportano le bombe. Beneficiaria sarà anche la scienza di base per simulare l’interno delle supernove, delle stelle, dei pianeti giganti e su come si comportano i materiali in condizioni estreme di pressione. Dopo una dozzina di anni di costruzione e ricerche i progettisti si dicono confidenti. Tuttavia molti problemi tecnici e di gestione hanno allungato la costruzione di 7 anni e portato i costi a 3,5 miliardi di US$. La strada seguita per la fusione nucleare è stata quella del confinamento magnetico che usa potenti elettromagneti per confinare un plasma a bassa densità in un contenitore detto Tokamak. Il primo dispositivo di fusione magnetica è l’ITER, in costruzione con una collaborazione internazionale nel sud della Francia. Solo una piccola comunità prova ad ottenere la fusione facendo implodere piccole capsule di idrogeno con l’uso della luce o fasci di particelle, una tecnica detta di inertial confinement fusion (ICF). I primi esperimenti sono stati fatti nel decennio 1960 usando laser al rubino, subito dopo essere stati inventati, ma uno studio del 1972 predisse che erano necessari impulsi laser da un chilojoule e l’obiettivo era un megajoule (MJ). Nel decennio 1970, LLNL costruì laser sempre più potenti con amplificatori al neodimio drogati al silicio. Tuttavia ad ogni tentativo i ricercatori incontrarono nuove difficoltà per l’interazione fra i fasci ed il plasma e per ottenere un’implosione simmetrica di tutta la capsula. Nel 1980, a Rochester, i ricercatori svilupparono dei cristalli che potevano triplicare la frequenza della luce laser ad alta intensità convertendola dall’infrarosso all’ultravioletto. Questa interagiva meno con il plasma e permetteva una migliore implosione e LLNL produsse il Nova nel 1984. Mentre i finanziamenti stagnavano nel decennio1980, i laboratori progettarono e svilupparono una nuova generazione di dispositivi. Nel 1992 gli Stati Uniti fermarono le prove di armi nucleari e divennero necessari metodi per assicurarsi che le armi esistenti funzionassero se necessario e che nuove armi potessero essere sviluppate senza prove. Le autorità decisero allora di validare le simulazioni al computer delle esplosioni nucleari. Nel 1994 fu deciso il progetto del NIF di un fascio ultravioletto da 1,8 MJ al costo poco superiore di un miliardo di US$ da completare nel 2002. Nuovi problemi emersero dopo l’inizio della costruzione nel 1997. Si rompevano le capacità che fornivano corrente all’impulso di potenza, la polvere sulle superfici ottiche si scaldava sotto i fasci laser e le danneggiava. Vi furono anche problemi con il management e nel 1999 il DOE (Department of Energy) fece fare una rivalutazione del progetto che portò il costo a 4 miliardi e la data di conclusione al 2008. I ricercatori dovevano provare tutte le parti del sistema prima della prova finale e focalizzare accuratamente tutti i 192 fasci diretti al bersaglio. L’obiettivo si dimostrò sempre più irraggiungibile. I due problemi principale erano il laser-plasma interaction (LPI) e le Hydrodynamic Instabilities (HDI) che non permettono alla capsula di implodere simmetricamente. I ricercatori hanno speso anni per simulare e provare i metodi per controllare questi fenomeni. Il fenomeno LPI si verifica quando i fasci colpiscono il bersaglio e creano un plasma di atomi d’oro della capsula di berillio che si oppone alla compressione e riflette parte del fascio riducendone la potenza. Anche la compressione della capsula è difficile per il fenomeno HDI che ha molte cause. Le instabilità sono inevitabili anche in condizioni ideali. Per combatterle c’è solo la velocità, bisogna essere così rapidi da impedire che crescano. Oltre a LPI e HDI, c’è il rischio di danneggiamento dell’ottica. L’energia contenuta in ogni impulso laser non è grande, ma poiché è concentrata in pochi nanosecondi la sua potenza è enorme. Si può tollerare solo una piccola percentuale di guasti nell’ottica, ma avendo 192 fasci, i punti critici sono tanti e i triplicatori che convertono i fasci nell’ultravioletto sono i più pericolosi perché possono fare danni se esplodono. Una prova di fusione nel 2010 è ancora improbabile, una coppia di anni dopo la prima prova si potrà raggiungere il 50% di successo imparando con l’esperienza. L’interesse per queste prove si estende tuttavia ai fisici del plasma, agli scienziati planetari ed agli astrofisici che vogliono usare il NIF per la ricerca di base. Scienziati planetari dell’università di Berkeley, in California, preparano esperimenti per replicare la pressione all’interno dei pianeti giganti. Gli astrofisici dicono che il NIF può produrre un incredibile flusso di neutroni se riproduce le condizioni delle supernove. Gli scienziati atomici coinvolti nell’amministrazione delle scorte ritengono che la sicurezza delle riserve di armi nucleari dipende da un accurato monitoraggio e sostituzione delle parti e l’intervento del NIF è limitato. Nel frattempo la Francia sta spendendo miliardi per costruire un Megajoule Laser entro il 2012, destinato alla fusione ed alla verifica delle armi nucleari. Negli Stati Uniti l’amministrazione Obama parla più di disarmo che di mantenere un deterrente e mostra più interesse alle nuove fonti di energia. Questo forse sposterà gli interessi del NIF alle future tecnologie per la fusione.
Science, 17 Apr 2009, Vol. 324, pg. 328 - Daniel Clery - Lo scopo attuale del National Ignition Facility (NIF) è quello di ottenere una fusione che si autosostenga producendo più energia di quanto necessario per innescarla e questo sarebbe il trionfo della scienza del plasma. Per il momento, tuttavia, si è ancora lontano dal poter mostrare che la fusione a confinamento inerziale (ICF) sia una strada percorribile per il futuro. La chiave sta nella tecnologia del laser. Per il momento NIF si può permettere circa due prove al giorno, il massimo per consentire alle ottiche di raffreddarsi, rimpiazzare le parti danneggiate e caricare altre capsule di combustibile. In queste condizioni si è lontani da una reazione autosostenibile. La fusione laser ha tutti i problemi della fusione magnetica, ma deve ancora trovare un laser che funzioni molte volte al secondo, abbia un 20-30% di efficienza e si possano produrre capsule a basso costo. La National Nuclear Security Administration (NNSA), che ha finanziato il NIF, ha anche aiutato il programma della High Average Power Laser (HAPL) e messo insieme ricercatori, laboratori nazionali, università ed industrie per sviluppare le tecnologie. Il laser deve sparare impulsi alla frequenza di 10 al secondo, le ottiche devono sostenere la potenza per lungo periodo, la camera dei bersagli deve assorbire i neutroni prodotti dalla fusione e convertire la loro energia in calore ed una fabbrica dovrebbe fornire le capsule alla frequenza richiesta e quindi 850000 al giorno. Il progetto favorito per il laser è quello al fluoruro di krypton eccitato da fasci di elettroni e sviluppato dalla National Research Laboratory (NRL) di Washington DC. Recentemente è stato provato un laser a funzionamento continuo, a 2,5 colpi al secondo per 10 ore e con lunghezza d’onda ultravioletta. Il Lawrence Livermore National Laboratory della California, sede del NIF, sta lavorando ad una versione ad alta frequenza di ripetizione di laser al neodimio drogato già usato dal NIF. Il progetto della HAPL è fermo per il momento perché non ha ricevuto fondi nel 2009 e si spera nella nuova Amministrazione e nel Congresso. In Europa i ricercatori seguono una strada leggermente diversa nella fusione con laser. Nella ICF tradizionale l’impulso laser ha due ruoli: comprimere ed innescare la fusione al centro. Un’alternativa, nota come fusione a innesco rapido, usa un laser per comprimere il combustibile ed un secondo impulso di potenza molto alta (10E15 W) ma di breve durata per innescare la fusione. Il vantaggio è una significativa riduzione dell’energia richiesta ai laser. Se funziona, sarebbe tutto più economico. L’idea dell’innesco rapido è stata concepita 15 anni fa ed i primi esperimenti della Gekko laser all’università di Osaka in Giappone avevano dato buoni risultati. Il nuovo progetto dell’Unione Europea sta pianificando qualcosa di più grande sfruttando il principio dell’innesco rapido con alta frequenza di ripetizione detto HiPER, diretto dalla Rutherford Appleton Laboratory, Central Laser Facility, vicino Oxford, UK. Si spera che la costruzione inizi nel 2015. Si studieranno prima tutti i blocchi funzionali in modo che i politici possano prendere una decisione. Bisognerà anche acquisire esperienza sui problemi prima di partire, ma l’innesco rapido è una di quelle idee attraenti che non è stata ancora provata.
Science, 26 Jun 2009, Vol. 324, pg. 1627 - Daniel Clery - I dirigenti del progetto di fusione ITER si affannano a definire il progetto finale, il programma temporale e la stima dei costi del gigantesco sistema. I partner internazionali la scorsa settimana hanno deciso di costruire il progetto in stadi per permettere agli ingegneri di fare correzioni se qualcosa non va secondo le previsioni. Per prima cosa il reattore, nella sua forma più semplice produrrà il plasma di idrogeno ad altissima temperatura entro il 2018; poi gradualmente verranno aggiunti i componenti per prepararlo a produrre il plasma di deuterio e tritio per la fine del 2026, tra 18 mesi cioè 2 anni più tardi di quanto previsto. I membri delle diverse nazioni si sono accordati su questo programma, noto come “scenario 1” durante la riunione di metà anno a Mito in Giappone con l’impegno di imparare nel corso del progetto. ITER, noto come International Thermonuclear Experimental Reactor, vuole dimostrare la fusione nucleare, il processo che da energia alle stelle, per fornire energia nella Terra. I ricercatori hanno speso 15 anni per definire il progetto ed ora verrà costruito a Cadarache, nel sud della Francia iniziando da quest’anno. Quando l’organizzazione fu ufficialmente creata nell’ottobre 2007, lo staff si basava su un progetto del 2001 ed i ricercatori hanno speso un intero anno per rivederlo ed incorporare gli ultimi progressi della fisica del plasma. La nuova lista delle proposte dei fisici ha fatto crescere inevitabilmente il costo finale ed i governi delle sette nazioni membre (Cina, Unione Europea, India, Giappone, Sud Corea, Russia e Stati Uniti) furono allarmate dalla stima di costo che era salita al doppio di quello stimato in origine di 5 miliardi di Euro. I dirigenti dell’ITER hanno proposto lo Scenario 1 allo scopo di ridurre il rischio tecnico ed i ricercatori faranno funzionare il reattore con il normale idrogeno per imparare a controllare il plasma, dopo introdurranno la strumentazione di diagnostica, i sistemi di riscaldamento a microonde e i fasci di particelle per alzare le temperatura del plasma, uno schermo metallico per assorbire i neutroni della reazione di fusione ed un diverter per estrarre il combustibile esaurito. Solo quando tutti questi componenti funzioneranno bene, i ricercatori introdurranno il plasma di deuterio e tritio per provare la generazione di energia. Quando questa comincerà, il contenitore diventerà radioattivo e sarà difficile da modificare. Lo Scenario 1 ritarderà l’inizio dell’operazione deuterio tritio dall’inizio del 2025 alla fine del 2026. I progettisti ritengono che la stima accurata del costo complessivo si impossibile e nessuna soluzione ridotta raggiungerà lo scopo. I membri sono ormai meno preoccupati dei costi, ma più di mantenere le fasi del programma.
Science, 14 Aug 2009, Vol. 325, pg. 799 - Adrian Cho - La scorsa settimana, i responsabili dei laboratori CERN di Ginevra, Svizzera, hanno deciso che il più grande collisore del mondo inizierà ad operare questo inverno, ma solo a metà della sua massima energia. Si afferma che questo livello di energia è abbastanza basso da assicurare che il Large Hadron Collider (LHC), lungo 27 km e dal costo di 5,5 miliardi di US$, non si danneggerà come è successo lo scorso autunno, solo 9 giorni dopo aver iniziato a far circolare il primo fascio. Tuttavia l’energia è abbastanza alta per superare il suo rivale, il Tevatron Collider del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois. I responsabili del CERN hanno ridotto il livello di energia per non sovraccaricare le connessioni elettriche fra le migliaia di magneti superconduttori che guidano i protoni lungo il percorso. La corrente non fluisce normalmente lungo queste connessioni, ma devono essere capaci di sostenere migliaia di ampere se il filo superconduttore si riscalda e perde la sua capacità di resistenza nulla. Funzionando a metà energia, c’è un margine di 2-2,5 secondi per intervenire. Il Tevatron fa collidere protoni ed antiprotoni a 2 tera-elettroni-volt (TeV), mentre LHC, progettato per 14 TeV, funzionerà a 7 TeV e sarà in grado di scoprire le nuove particelle come quelle predette dalla teoria della supersimmetria la cui massa è troppo grande per il Tevatron. Lavorare a 6 TeV non sarebbe sufficiente per assicurare una scoperta affidabile nel corso di un anno. I responsabili del CERN sperano di portare l’energia a 10 TeV entro il prossimo anno.
Science, 13 Nov 2009, Vol. 326, pg. 932 - Daniel Clery - A Cadarache, nel sito previsto per la costruzione del reattore di fusione ITER, vi era solo una foresta, quando si è iniziato il lavoro con pochi uomini. Ora un grande edificio per uffici è già occupato da più di 400 membri dello staff ed un altro sta prendendo forma vicino. Entro la prossima primavera, quest’area sarà un luogo affollato, ma l’attuale apparente quiete nasconde un’attività febbrile per completare la baseline del progetto: una descrizione degli scopi della macchina, il progetto, lo schedule della costruzione e i costi. Questi documenti, che riempiranno migliaia di pagine, saranno presentati all’approvazione della Direzione dell’ITER, il prossimo 18 novembre. Alla riunione parteciperanno i rappresentanti dei sette partner internazionali (Cina, Unione Europea (EU). India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti) e questo sarà il punto di svolta del progetto con la base del lavoro dei prossimi 10 anni. Una parte del documento sarà sottoposto ad un’analisi particolare: i costi. Il progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) vuole dimostrare che la fusione nucleare, la sorgente di potenza del Sole e delle stelle, può essere controllata sulla Terra per la produzione di elettricità. Nei tre anni, da quando i partner si sono accordati formalmente per iniziare il progetto, la stima dei costi è cresciuta enormemente. Tutti sono preoccupati per il contenimento dei costi e c’è un contrasto fra costi e tempi di completamento. Comprimere i tempi significa andare incontro a difficoltà tecniche. I fisici del plasma hanno studiato il progetto ITER fin dalla metà del decennio 1980 e, quando fu firmato l’accordo fra i partner nel 2006, i costi stimati erano di 5 miliardi di euro per la costruzione ed altri 5 miliardi per 20 anni di funzionamento. Questi costi erano basati su una valutazione di 5 anni prima della scelta di Cadarache come sito (scelto nel 2005). Il progetto intanto aveva fatto progressi fino al 2001 ed erano intervenuti dei cambiamenti per assicurarne il successo. All’atto della firma, i 7 partner avevano chiesto un design review. All’inizio del 2007, i ricercatori avevano raccolto 500 varianti e, per la fine del 2007, ci si era concentrati sui 13 maggiori problemi che occuparono da 6 a 12 mesi. Il principale cambiamento riguardava il controllo del plasma riscaldato a 150 milioni di gradi per innescare la fusione. Le instabilità del plasma, chiamate edge-localized modes (ELM), provocano dei terremoti ai confini del plasma e possono provocare danni imprevedibili sulle pareti del reattore a forma di ciambella, detto tokamak, o nella struttura del divertor, la parte inferiore da cui si estrae l’elio prodotto dalla fusione. Un primo sistema di protezione, introdotto nell’ITER, usava l’iniezione di sferette di deuterio congelato che distribuivano una serie di shock impedendo il formarsi di quelli maggiori. I ricercatori che lavoravano al tokamak di San Diego, in California, avevano scoperto che si potevano sopprimere gli ELM con un campo magnetico addizionale ed il progetto fu modificato per aggiungere uno speciale avvolgimento dietro le piastrelle che coprono le pareti. Queste piastrelle assorbono il calore e i neutroni veloci che escono dal plasma, dove avviene la fusione. La faccia delle piastrelle, a contatto con il plasma, deve resistere alla sua presenza e non inquinarlo se si brucia. La superficie sarà di berillio, ma si proveranno anche altri materiali. La superficie del divertor sarà di un composito di carbonio e tungsteno. Un altro cambiamento riguarda le prove sui magneti a temperature criogeniche. L’ITER usa 48 grandi avvolgimenti magnetici per controllare il plasma. I 18 magneti toroidali hanno cavi a superconduzione che lavorano a 4 kelvin e pesano più di 360 tonnellate. Queste maggiori modifiche hanno un impatto sul costo di solo il 15%, ma si è scoperto che, nel progetto del 2001, sono stati seriamente sottostimati i costi e che costruzione e schedule erano troppo rischiosi. Certe aggiunte o modifiche, necessarie per raggiungere gli obiettivi, portavano a costi più alti, ritardi, o ambedue. La direzione creò allora due gruppi di lavoro indipendenti, uno per controllare come erano stati stimati e gestiti i costi e l’altro per controllare il progetto e la gestione di sistema. L’incertezza sui costi dipende dal modo con cui il reattore verrà costruito e pagato. Poiché l’organizzazione centrale dell’ITER non dispone del denaro, ciascun paese partecipante affida alle proprie industrie la costruzione delle parti che saranno poi inviate a Cadarache. Per questo i membri dello staff controllano solo il 10% della macchina ed il resto viene come contributo. Nel 2001 il progetto ha fissato un valore per ogni componente e questi valori si sono dimostrati inaffidabili. Un altro fattore che incrementa i costi è che tutti i partner devono acquisire un uguale livello di conoscenza sul progetto ed ogni componente è costruito con la partecipazione di tutti. Questo era ragionevole quando i partner erano solo tre, ma con sette non c’è economia di scala. Lo scorso anno, analizzando il programma temporale, si comprese che bisognava cambiare qualcosa nella sequenza di assiemaggio. Si è proposto di installare prima il 15-20% dei componenti essenziali in modo che, se si verificavano dei problemi, si potesse intervenire subito. In giugno la direzione ha approvato il nuovo schedule, ma i costi sono ancora in discussione. L’UE, come ospite del progetto, pagherà il 45% del costo di costruzione e, gli altri membri, il 9% ciascuno. Misure per il contenimento dei costi sono allo studio. Tutti i partner si rendono conto che il costo sarà maggiore ma vogliono valutare il rischio.
Science, 27 Nov 2009, Vol. 326, pg. 1172 - Daniel Clery - La Direzione, che rappresenta i sette partner internazionali del progetto ITER per il reattore di fusione nucleare, ha respinto le proposte del team scientifico ed ingegneristico, chiedendo un approfondimento nello schedule di costruzione. L’ITER è un reattore sperimentale che vuole dimostrare il funzionamento pratico della fusione nucleare, che alimenta il Sole e le stelle, per generare energia sulla Terra. La costruzione è stata decisa nel sito di Cadarache, nel sud della Francia, e lo staff ha lavorato per mesi ai documenti di base del progetto finale, alle stime dei costi e allo schedule per completarli entro il 18-19 novembre, data della riunione della Direzione a Cadarache. Alcuni membri della Direzione, tuttavia hanno sollevato preoccupazioni sullo schedule, che deve garantire l’accensione il reattore nel 2018, considerandolo non realistico e con un alto rischio che certe parti del sistema non funzionino. Ritardi nei termini, porterebbero necessariamente aumenti di costo e la Direzione è già preoccupata sulle stime del budget che sono già raddoppiate dai 5 miliardi di euro previsti alla firma del contratto nel 2006. La Direzione ha dato mandato allo staff del progetto di tornare in febbraio con le date più aggiornate e definitive del completamento. L’Europa è molto preoccupata di accelerare troppo il progetto. La costruzione del reattore ITER è considerato più difficile del Large Hadron Collider perché ogni cosa dipende da tutte le altre. La discussione sui costi è messa in seconda linea fino a quando non è risolto lo schedule.
Science, 5 Mar 2010, Vol. 327, pg. 1208 – Peter A. Norreys – Uno degli obiettivi del XXI secolo è di iniziare la fusione nucleare creando un’intensa pressione di radiazione termica all’interno di una cavità di corpo nero con laser di potenza dell’ordine dei megajoule. Uno studio dimostra che la distribuzione della radiazione all’interno di una cavità può essere accuratamente controllata per creare un’implosione simmetrica. Un emettitore termico ideale, un corpo nero, assorbe tutte le radiazioni. In pratica il corpo nero è costituito da un piccolo foro in una cavità. Quasi tutta la luce che entra dal foro è assorbita dalle pareti prima di ritrovare l’uscita con le riflessioni. Nella fisica classica si prevede che al decrescere della lunghezza d’onda aumenta l’energia della radiazione e questo, non solo non spiega perché per ogni temperatura l’emissione ha un picco a una certa frequenza, ma prevede una “catastrofe ultravioletta”, cioè un corpo nero, o ogni altro oggetto, avrebbe emesso una quantità infinita di energia. La soluzione fu trovata da Max Planck nel 1900 supponendo che la luce fosse emessa per pacchetti o quanti e questo permetteva di calcolare accuratamente spettro e intensità della radiazione in un corpo nero al variare della temperatura. Con questo Planck aveva riconciliato l’elettromagnetismo con la meccanica statistica che descrive la distribuzione di energia di un gas in equilibrio termico. A differenza delle molecole di un gas, in una cavità la radiazione non va in equilibrio con le collisioni, ma l’energia passa da un modo di frequenza a un altro compatibile con le pareti della cavità che oscilla e irradia a diverse frequenze. L’invenzione del laser nella seconda metà del XX secolo ha permesso di trasferire grande energia su piccoli bersagli. Se l’energia può essere catturata e rinchiusa in una cavità come un corpo nero, questo avrebbe avuto il suo massimo alle frequenze delle radiazioni X, corrispondente a temperature di milioni di gradi kelvin. Questa radiazione di corpo nero sarebbe quindi capace di fare implodere del materiale di fusione (deuterio e trizio). La temperatura di radiazione necessaria per la fusione è almeno di 3 milioni di kelvin e richiede circa un megajoule di potenza laser in parecchi nanosecondi, corrispondenti a un picco di potenza di 500 TW, valore enorme, in termini di densità di energia, tenendo presente che tutta la potenza generata nel mondo corrisponde a 17 TW. Per questa densità è necessario sovrapporre più fasci laser con una struttura complessa. S. H. Glenzer del Lawrence Livermore National Laboratory, Los Alamos, e altri hanno condotto un esperimento con una cavità lunga circa 9 mm, con un diametro di 4,6 mm alle cui estremità sono fatti convergere 192 fasci laser raggruppati in quattro coni simmetrici. Si è dimostrato che il 90% dell’energia si concentra all’interno, dove si raggiunge una temperatura di 3,3 milioni di kelvin. Si pensa che gli ultimi ostacoli alla fusione siano ormai sormontabili e si apre una nuova era per la fisica ad alta densità di energia.
Science, 19 Mar 2010, Vol. 327, pg. 1434 – Daniel Clery – La partenza del progetto di fusione nucleare ITER sembra che subisca un altro ritardo di 10 mesi. Benché la nuova data di completamento per il novembre 2019 rappresenti una variazione limitata per un progetto da molti miliardi di dollari, questo è soltanto il picco di un iceberg se si considera il cumulo dei problemi ancora da negoziare che riguardano le strutture del progetto, le varianti, gli aumenti di costo e la riduzione del rischio che da due anni rallentano la sua partenza. Il progetto ITER vuole realizzare la fusione nucleare, processo che alimenta il sole e le stelle, per produrre energia utilizzabile. Il sito è stato stabilito a Caradache, in Francia, pronto da circa un anno e i componenti saranno costruiti dai partner: Cina, Unione Europea (EU), India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti. Tuttavia i partner non si sono ancora accordati sui dettagli, lo schedule e i costi, cioè le linee base del progetto. La maggior parte dei componenti del reattore sarà costruita dalle industrie nazionali dei partner e inviati a Cadarache. Il lavoro di costruzione è stato diviso secondo un accordo del 2005-06, ma molti hanno già scoperto di aver sottostimato i costi. Gli Stati Uniti, che avevano preventivato un miliardo di dollari, prevedono ora 1,4-2,2 miliardi; l’Unione Europea che, come ospite del progetto, deve costruire il 45% del reattore avrà l’aumento più grande. Nel giugno 2008, l’assemblea dell’ITER ha ritardato la data di accensione del primo plasma di 2 anni, al 2018. Lo scorso novembre EU ha richiesto un ulteriore ritardo, ma tutti gli altri vogliono accelerare. Il problema è che l’EU, allo scopo di ridurre i rischi, vuole costruire, prima di quelli definitivi, i prototipi di due componenti chiave, il contenitore a vuoto che racchiude il plasma e la metà degli avvolgimenti toroidali del campo magnetico che trattengono il plasma. Vi è anche un problema finanziario. L’EU non può firmare impegni senza che sia disponibile tutto il denaro del contratto e i fondi dell’ITER sono approvati a trance di 4 anni e le previsioni non coprono gli aumenti di costo. Certi componenti costano centinaia di milioni di euro in 7-8 anni e ancora non sono stati liberati. Si dovrebbe aprire un prestito con l’European Investment Bank, un’istituzione europea che garantisca i contratti, ma alcuni membri EU respingono l’idea. Un’accelerazione delle attività nella fase di costruzione aumenta i rischi e i costi associati. La proposta dell’EU dello scorso novembre è di portare l’accensione del plasma al 2020 ma gli altri partner hanno rifiutato. Lo scorso mese i delegati a Parigi hanno raggiunto un compromesso per il 2019. I partner sono esasperati per i ritardi. Il budget del 2011 richiesto dal presidente Barack Obama al Congresso USA ha avuto un taglio per l’ITER da 55 a 80 milioni di dollari. L’organizzazione dell’ITER sta ora correggendo i documenti di base con lo schedule, e si ha l’impressione che sia vicino il momento di svolta del progetto in senso positivo, ma per molti non ci si muove abbastanza in fretta.
Science, 14 May 2010, Vol. 328, pg. 798 – Daniel Clery – Negli ultimi 2 anni, i responsabili del progetto ITER per il reattore di fusione nucleare hanno protestato per l’enorme aumento nelle stime dei costi. Ora finalmente essi hanno delle cifre reali. La scorsa settimana, la Commissione Europea, esecutivo dell’Unione Europea, ha emesso un Memo annunziando che il contributo dell’Europa per la costruzione dell’ITER (45% del totale) ammonta a 7,2 miliardi di Euro, 2,7 volte la stima originale. Purtroppo i fondi a disposizione dell’EU fino alla fine del 2013 sono in difetto di 1,5 miliardi. I responsabili della ricerca europea si meravigliano che la Commissione non abbia proposto soluzioni se non di chiedere agli stati membri dell’EU di dare la differenza. Con la crisi in cui si trova l’economia europea, il problema del finanziamento dovrebbe essere risolto prima della riunione del Consiglio dell’ITER di metà di giugno, quando gli altri membri si aspettano di avere il progetto definitivo, i costi e lo schedule per l’approvazione finale. Nella riunione di giugno ci sarà la nomina del nuovo direttore generale per l’ITER, cioè Osamu Motojima dell’Istituto Nazionale per le Scienze della Fusione di Toki City, Giappone. L’ITER ha lo scopo di dimostrare che la fusione di atomi di idrogeno nel complesso reattore, chiamato tokamak è capace di produrre un sufficiente eccesso di energia da diventare una sorgente utilizzabile. Quando i sette partner del progetto (Cina, EU, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti) hanno firmato il progetto esistente nel 2006, si erano basati sulle stime dei costi di un progetto del 2001. Subito dopo che il nuovo staff dell’ITER ha iniziato a lavorare sulla scelta del sito di Caradache, fu chiaro che i costi stimati erano troppo bassi. Secondo le previsioni iniziali, ciascun partner doveva costruire e fornire al sito una parte degli elementi del reattore. L’EU, come ospite del progetto era responsabile del 45% della fornitura e ciascuno degli altri partner del 9%. Tutti ebbero una sgradevole sorpresa quando analizzarono i dettagli di ciò che avevano accettato. Gli Stati Uniti, per esempio che avevano stimato di fornire materiale per un miliardo di dollari, si accorsero che la spesa raggiungeva 2,2 miliardi. All’EU, che aveva una quota molto più grande, l’aumento dei costi provocava seri problemi. La Commissione da la colpa ai numerosi fattori intervenuti, come le migliorie del progetto, i costi dell’organizzazione per gli acquisti, la maggiore complessità per l’aumento dei partner fino a sette (nel 2001 erano solo 3) e le risorse per il controllo qualità. La posizione dell’Europa fu che ogni paese doveva rispettare gli impegni assunti. Con il Memo della scorsa settimana, il budget dell’EU, che supporta l’ITER, è previsto fino alla fine del 2013. Per gli anni 2012 e 2013 ci sono circa 700 milioni di Euro e, secondo il Memo, la Commissione richiede 2,1 miliardi di Euro. I responsabili dicono che ci sono due strade possibili. La prima è di fare un prestito alla Banca di Investimenti Europea, ma è stata respinta per gli oneri del prestito. La seconda è di trasferire fondi da altri budget e anche questa è stata respinta. Il problema è nelle mani degli stati membri dell’EU.
Science, 18 Jun 2010, Vol. 328, pg. 1464 – Dennis Normile – Nuovi impianti sono in costruzione a Rokkasho, in Giappone, per promuovere la fase realizzativa di una centrale di fusione nucleare. Si tratta di un acceleratore di particelle, unico nel suo genere, per provare i nuovi materiali, necessari alla costruzione dei reattori di fusione, e del più veloce supercomputer giapponese sotto gli auspici dello Japan Atomic Energy Agency (JAEA). Questi nuovi impianti lavoreranno in parallelo all’esperimento principale: l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) da 12 miliardi di US$ in costruzione a Cadarache, in Francia. L’ITER deve dimostrare la possibilità di produrre energia in un plasma confinato magneticamente, ma non userà i materiali definitivi richiesti dai futuri reattori. Lo sforzo di ricerca da 900 milioni di US$ avviato a Rokkasho, detto Broader Approach, ha appunto questo scopo. Il progetto è stato finanziato dal Giappone e da sei nazioni europee ed ha superato la prima pietra miliare del 27 aprile con la costruzione dei primi edifici secondo il programma. Il progetto ITER, invece, è in ritardo e ha un deficit di 1,4 miliardi di Euro. Il Broader Approach è figlio dell’ITER. Alla fine del 2004, i sette partner erano divisi sul luogo di costruzione, Cadarache o Rokkasho e, sia il Giappone sia l’Unione Europea aveva proposto, per questa scelta, di pagare la metà del costo. La proposta riguardava il DEMO del Fusion Demonstration Reactor, come primo passo per un impianto commerciale di fusione. Il DEMO richiedeva però nuovi materiali e studi avanzati che non erano nell’agenda dell’ITER. Nacque così il Broader Approach che doveva partire in tandem con l’ITER e superare l’impasse sul sito. I partner finalmente decisero per Cadarache e, nel febbraio 2007, Giappone ed Euratom si accordarono sul piano del Broader Approach, di cui avrebbero diviso i costi. Il progetto aveva tre ambiziosi obiettivi. Il primo era di sviluppare un nuovo tipo di acceleratore di particelle per provare i materiali del DEMO. Mentre il contenitore dell’ITER sarebbe stato fatto in acciaio inossidabile, si sarebbe preparato uno speciale acciaio che resistesse alle radiazioni. Si sarebbe costruito l’impianto dell’International Fusion Material Irradiation Facility (IFMIF). L’impianto avrebbe accelerato un fascio di nuclei di deuterio che, colpendo litio liquido, producono neutroni a bassa energia con cui irradiare il materiale. Lo sviluppo degli elementi chiave richiederà due anni e l’esperimento sarebbe stato completato nel 2015. Il secondo obiettivo del piano era l’International Fusion Energy Research Center con un supercomputer per simulare i modelli dell’ITER, del DEMO e di altre parti del reattore. La fusione richiede deuterio e tritio ma questo secondo componente è raro e si poteva produrre all’interno del contenitore a vuoto foderato da uno strato di litio che assorbiva i neutroni e produceva il tritio che si aggiungeva al plasma. Il terzo obiettivo era il Satellite Tokamak Program che doveva guardare, oltre l’ITER, a un tokamak più avanzato. Tutti questi centri di eccellenza avrebbero richiamato nuovi talenti per aumentare la comunità degli specialisti. Il Broader Approach doveva reclutare circa 200 persone in Rokkasho per coordinare e gestire le attività dell’IFMIF. Rokkasho è un insieme di sei villaggi con una popolazione di 11500 persone in una penisola sulla punta estrema dell’isola di Honshu, una regione isolata e famosa per gli sport invernali e il pesce. L’investimento avrà certamente un futuro, oltre il limite previsto dal progetto ITER, per almeno altri 20 anni.
Science, 6 Aug 2010, Vol. 329, pg. 616 – John Travis – La scorsa settimana, l’ITER, lo sforzo internazionale da 16 miliardi di euro che deve dimostrare l’uso della fusione nucleare come fattibile sorgente di energia, ha superato le preoccupazioni sui problemi di costo e gestione, unite alle difficoltà economiche dell’Europa, che avrebbero potuto portare al ridimensionamento del progetto se non alla sua cancellazione. Finalmente il Consiglio dell’ITER ha approvato la Baseline del progetto, cioè il documento che definisce costi, tempi e tecnica, e ha nominato Osamu Motojima, già direttore generale del Japan’s National Institute for Fusion Science, come nuovo capo dell’ITER. Ora si guarda al prossimo obiettivo del 2019, quando si suppone che l’ITER accenda il primo plasma. La difficoltà superata aveva prodotto accesi dibattiti su come l’Unione Europea, responsabile del 45% del budget ITER, poteva coprire il deficit di 1,4 miliardi di euro, nel finanziamento a breve termine, per l’aumento dei costi. In giugno gli stati membri dell’EU avevano rifiutato di concedere altro denaro all’ITER, raccomandando invece di usare fondi allocati in altri progetti di ricerca. A luglio la Commissione Europea ha respinto l’idea e il nuovo piano prevede di prelevare solo 400 milioni di euro dal budget della ricerca e trovare il resto dai sussidi dell’agricoltura e da altri usi. Il Concilio dell’ITER ha stabilito rigidi limiti al budget e questo sarà un duro lavoro per Motojima. Questi ha stabilito di procedere a una revisione nella gestione del progetto. Molti manager hanno lasciato recentemente il progetto e si intende introdurre molti cambiamenti e semplificazioni, soprattutto nei processi decisionali. La prima vittima sarà il vice direttore generale Norbert Holtkamp, capo della costruzione dal 2006, e non sarà sostituito. L’approvazione delle Baseline significa la fine di tutte le modifiche sostanziali e Motojima chiede che gli scienziati del progetto e gli ingegneri cercheranno di semplificare il progetto del reattore e l’integrazione dei suoi componenti che i sette partner internazionali costruiranno. Il Concilio dell’ITER chiede che Motojima presenti, nella riunione di novembre, un piano di risparmio sui costi. Benché alcuni politici europei abbiano richiesto di cancellare il progetto dell’ITER a favore di altri progetti più immediati sulle energie rinnovabili, Motojima ritiene che la scienza della fusione sia maturata nell’ultimo mezzo secolo. Egli afferma che la fusione non sia un sogno ma un obiettivo reale.