Megavolt ITER Injector & Concept Advancement
MITICA E’ L’INIETTORE DI PARTICELLE NEUTRE
a 1 MV di ITER, in scala 1:1
Per riscaldare il plasma di ITER e dei futuri reattori a fusione, è possibile immettere Milioni di watt di potenza usando l’iniezione di particelle neutre.
Questo sistema è il vero “cavallo di battaglia” tra i sistemi esterni di riscaldamento di ITER.
Per la sua estrema complessità necessita, tuttavia, di un ampio programma di ricerca e sviluppo per mettere a punto e testare il sistema che dovrà portare il plasma del futuro reattore a fusione alla temperatura di 150 milioni di gradi.
La fisica e la tecnologia del sistema di riscaldamento di ITER tramite iniezione di particelle neutre sono sviluppate a Padova su MITICA, il prototipo dell’iniettore a 1MV, come esperimento cardine del programma di ricerca del Progetto NBTF.
Immagina il getto di vapore prodotto da una macchina per cappuccino domestica, che penetrando nel latte, lo riscalda; il sistema di iniezione di particelle neutre funziona in modo analogo. Il latte rappresenta il plasma, il getto di vapore rappresenta il fascio di particelle neutre.
Il riscaldamento del plasma di un reattore a fusione avviene quando, un fascio particelle penetra nel plasma dove, per collisione con le particelle che incontra , trasferisce l’energia al plasma stesso riscaldandolo.
In questo processo le particelle giocano quindi un ruolo fondamentale, acquistando e perdendo elettroni come vedremo tra poco.
Per trasferire energia, le particelle devono essere accelerate quando sono ancora all’esterno del reattore, prima di penetrare all’interno dove forti campi magnetici avvolgono e contengono il plasma.
I PASSAGGI DEL SISTEMA DI INIEZIONE DI PARTICELLE
GENERAZIONE DEL PLASMA DA GAS NEUTRO
ESTRAZIONE DI IONI NEGATIVI DAl PLASMA
ACCELERAZIONE DEGLI IONI NEGATIVI
NEUTRALIZZAZIONE
INIEZIONE NEL REATTORE
Per un approfondimento maggiore., leggi qui.
ITER sarà dotato di due iniettori ed è indispensabile aver già ottimizzato il loro funzionamento prima che questi
vengano costruiti e installati nel reattore.
MITICA, il prototipo dell’iniettore di neutri di ITER, in scala 1:1, è progettato per PRODURRE UN FASCIO DI PARTICELLE NEUTRE, a partire da ioni negativi di Idrogeno e Deuterio, accelerate all’energia di 1 MeV ad una potenza di 16,5 MW per la durata di un’ora.
L’impianto di MITICA
Il prototipo dell’iniettore è ospitato in una camera da vuoto (un parallelepipedo di acciaio di 15mx5mx5m) che contiene i suoi componenti: la sorgente del fascio di particelle a 1MV, il neutralizzatore, il Residual ion Dump (lo strumento in grado di pulire il fascio dagli ioni negativi residui) e infine il calorimetro, che misurara l’intensità del fascio e funge da bersaglio nella parte terminale del prototipo, come riportato nello schema.
Il vacuum vessel (in italiano, camera da vuoto) è installato all’interno di un “bunker” in cemento armato, con pareti di 1.8 m di spessore, per schermare dalle radiazioni generate durante il funzionamento e consentire l’accesso in sicurezza al personale anche durante gli esperimenti.
Un lungo “tubo” in acciaio, lungo oltre 100 metri e con un diametro finale di oltre 3m, collega le alimentazioni elettriche all’iniettore. Questo “tubo” è ciò che in termini tecnici viene chiamato Linea di Trasmissione (TL) e contiene tutti i conduttori di alimentazione elettrica a diversi potenziali, i cavi di segnale per i sistemi diagnostici, i tubi in cui circola l’acqua di raffreddamento della sorgente dell’iniettore, e il gas di processo (Idrogeno o Deuterio). Per sostenere gli elevati campi elettrici presenti nella Linea di Trasmissione, il “tubo” è riempito di gas isolante (SF6) ad una pressione di 6 bar.
Particolari precauzioni sono state adottate in linea con la normativa europea sull’utilizzo e gestione del gas SF6, in quanto gas serra.
Il sistema di alimentazione di MITICA è molto complesso e comprende: il sistema di alientazione dell’acceleratore, della sorgente ionica e del Residual Ion Dump, come illustrato qui.
MITICA è equipaggiato di un sofisticato sistema di diagnostiche atto a misurare i parametri del fascio prodotto.