Un numero speciale della rivista scientifica Fusion Engineering & Design ha presentato lo stato dell’arte nella progettazione della centrale elettrica a fusione dimostrativa DEMO in Europa.

Il consorzio di ricerca europeo EUROfusion traccia un percorso di ricerca scientifica e ingegneristica dalla scienza di base ai dispositivi attuali, fino alla progettazione della centrale elettrica a fusione dimostrativa DEMO, in grado di produrre elettricità netta poco dopo la metà del secolo secondo il programma di sviluppo.

DEMO è una struttura unica nel suo genere che rappresenta il prossimo passo tecnologico dopo l’esperimento globale di fusione ITER. Mira a dimostrare la produzione netta di 300-500 megawatt di elettricità, nonché tecnologie essenziali come la manutenzione remota e l’allevamento del trizio. Quest’ultima tecnologia per produrre in loco il combustibile da fusione al trizio è un requisito fondamentale non solo per la DEMO ma anche per qualsiasi dispositivo futuro per l’energia da fusione che segua ITER.

Lo stato dell’arte della Progettazione preliminare e la sua presentazione alla comunità scientifica.

Per condividere lo stato dell’arte nella progettazione di centrali elettriche dimostrative con il mondo, il team DEMO presenta il risultato della loro fase di progettazione preliminare (2014-2020) in un numero speciale della rivista scientifica Fusion Engineering & Progettazione. In 25 pubblicazioni scientifiche ad accesso aperto sottoposte a revisione paritaria insieme a sette articoli non manoscritti di supporto, trattano argomenti dallo scarico di potenza all’allevamento del trizio, dall’estrazione di calore di alta qualità dalla coperta di allevamento, dalla manutenzione remota dei componenti all’interno del vaso, ai robusti design dei magneti, materiali per componenti strutturali e di rivestimento al plasma qualificati, nonché sicurezza e integrazione nucleare.

Nelle osservazioni conclusive al numero speciale, Gianfranco Federici, Capo del Dipartimento Tecnologie di Fusione di EUROfusion, e Tony Donné, Responsabile del Programma EUROfusion, riassumono le principali lezioni apprese nello sforzo iniziale per progettare DEMO.

“Le attività di progettazione e ricerca e sviluppo DEMO in Europa stanno beneficiando in gran parte dell’esperienza maturata nella progettazione, licenza e costruzione di ITER”.

“Ci sono molte discussioni sulla realizzazione di dispositivi per l’energia a fusione più piccoli, più economici e più veloci, ma la verità è che non esiste un proiettile d’argento per risolvere i complessi problemi di integrazione della progettazione nucleare di un dispositivo a fusione. Le attività di progettazione per DEMO considerano quindi tutti questi temi in un approccio integrato”.

“Le incertezze nella scienza e nell’ingegneria della fusione persisteranno durante le fasi di progettazione concettuale e ingegneristica. È stata individuata l’importanza della gestione della complessità e dell’incertezza ed è stato implementato un quadro preliminare di ingegneria dei sistemi adeguato che sarà ulteriormente sviluppato in futuro, con l’obiettivo di stabilire un processo decisionale solido, ripetibile e tracciabile per l’architettura DEMO. La schermatura dalle radiazioni e la sicurezza svolgono un ruolo preponderante nella progettazione e la propagazione dei requisiti di sicurezza sulla progettazione non dovrebbe essere posticipata. Un impegno tempestivo con le autorità di regolamentazione delle licenze sarebbe molto utile per comprendere e affrontare le potenziali implicazioni sulla sicurezza attraverso il miglioramento del design”.

Si lancia l’allarme sul rischio di perdere un patrimonio di esperienza che non deve essere depauperato.

I due ricercatori concludono la sintesi di DEMO R&D presentando il piano per il futuro. “Ciò dipende dalla tempistica e da persone qualificate tanto quanto dall’implementazione di un piano di maturazione tecnologica che si basa in modo critico sulla disponibilità di strutture tecnologiche esistenti e nuove. Inoltre vi è la necessità di ampliare la formazione di giovani ingegneri, di coinvolgere l’industria nel processo di progettazione e di espandere la collaborazione internazionale per colmare lacune critiche”.

“Programmi di istruzione e formazione dedicati, nelle università e nei laboratori di fusione, sono assolutamente vitali per sostenere lo sforzo per sviluppare la fusione e allevare la nuova generazione di scienziati e ingegneri della fusione. Se gli sforzi di progettazione ingegneristica DEMO iniziano troppo a lungo dopo la consegna di ITER, una forza lavoro altamente qualificata ed esperta andrà persa a favore di altri settori, con un’inevitabile fuga di cervelli e la perdita delle lezioni apprese”.

“Ecco perché ci concentriamo sull’attrarre sul campo persone di talento ed entusiaste, in particolare ingegneri che hanno una visione sistemica dell’intero impianto”.

EUROfusion forma oltre 700 dottorandi in tutta Europa e attrae talenti attraverso 15 borse di ingegneria EUROfusion e 10 borse di ricerca ogni anno.

Scipio Sighele