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Una vista aerea del sito di 180 ettari del progetto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) Foto: ITER

Prima che ciò accada, però, è necessario completare un progetto edilizio ampio e complesso che, come la maggior parte dei megaprogetti, sfora il budget e subisce ritardi.

Il progetto è ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) e si sta costruendo in Provenza, nel sud-est della Francia. La costruzione del progetto è iniziata nel 2010, con una data di completamento stimata per il 2018. Ora, è improbabile che il reattore sarà operativo prima del 2030.

Le radici di ITER, tuttavia, risalgono a molto più indietro. Data l'attuale situazione geopolitica, sembra difficile credere che sia stato portato in vita congiuntamente nel 1986 dal presidente degli Stati Uniti Ronald Reagan e dal segretario generale sovietico Mikhail Gorbachev.

La coppia ha affermato che il progetto dovrebbe essere consegnato "...a beneficio di tutta l'umanità". Se alla fine riuscirà nella sua missione di fornire un ritorno di dieci volte sull'input di potenza (ad esempio 500 MW di potenza di fusione in uscita da 50 MW di potenza di riscaldamento in ingresso), avrà dimostrato il potenziale della fusione per rivoluzionare completamente il panorama energetico globale.

ITER oggi

Visitare il progetto ITER è un'esperienza molto diversa rispetto alla visita di una centrale nucleare più tradizionale.

Ciò che colpisce non è tanto la novità scientifica, sebbene questa sia senza dubbio all'avanguardia, quanto piuttosto la sensazione che la struttura sia un villaggio globale.

È certamente un esempio di come i confini nazionali possano essere superati. Gli uffici open space, i corridoi e le mense della struttura sono animati dal suono di scienziati provenienti da tutto il mondo che discutono delle migliori pratiche e dei prossimi passi per la fornitura di energia dalla fusione nucleare.

Inoltre, l'impronta dell'ITER è grande, si estende su un sito di 180 ettari, il che rende difficile elaborare il fatto che questa sia solo una struttura sperimentale. Sembra proprio che qui stia accadendo qualcosa che cambierà il mondo.

Il tokamak

La riparazione dello smusso del recipiente a vuoto sarà effettuata presso il sito ITER da un consorzio denominato SIMANN, composto dalle aziende italiane SIMIC e Ansaldo Nucleare. Foto: ITER

Il cuore dell'ITER è il reattore tokamak, che ospiterà le stesse reazioni di fusione che hanno luogo al centro del sole.

Il reattore utilizzerà magneti incredibilmente grandi per confinare il plasma surriscaldato in rotazione.

Il plasma raggiungerà la sbalorditiva temperatura di 150 milioni di gradi Celsius (almeno dieci volte più caldo del sole) e, durante la rotazione, gli atomi di deuterio e trizio al suo interno entreranno in collisione, fondendosi insieme nei loro nuclei.

L'energia creata da questa fusione è di gran lunga maggiore di quella generata dalla scissione degli atomi che avviene nei reattori nucleari odierni.

Un altro vantaggio della fusione è che è molto più pulita della fissione e molto meno pericolosa. Sebbene il processo crei scorie radioattive, ha una pericolosa emivita di soli 12,3 anni.

Dal punto di vista della sicurezza, le reazioni all'interno del tokamak si basano sull'immissione continua di combustibile, quindi se per qualche motivo l'alimentazione viene interrotta, la macchina semplicemente si "spegne".

Lo scopo del progetto, ovviamente, è quello di dimostrare la scienza su larga scala e solo una volta fatto ciò si potrà iniziare a lavorare per far sì che la fusione nucleare diventi una fonte di energia realistica per il futuro.

Ed è qui, come si dice, che sta il problema.

Come dice la responsabile della comunicazione dell'ITER, Sabina Griffith, "Le dimensioni contano nella fusione. Devi avere un certo volume; una quantità di molecole e atomi lì dentro [il Tokamak], per avere abbastanza reazioni per creare molta elettricità e calore.

“ITER è il progetto che deve dimostrare che possiamo farlo su scala industriale.�

In parole povere, l'obiettivo dell'ITER è generare 500 MW di potenza termica in un'ora.

Una volta raggiunto questo obiettivo, la corsa per cambiare il volto dell'energia globale e, possibilmente, contribuire a salvare il pianeta dall'orlo di una catastrofe climatica sarà davvero iniziata, in tutto il mondo.

Non sempre è una navigazione tranquilla

La natura dell'impostazione dell'ITER dovrebbe far sì che non ci sia bisogno di suscitare entusiasmo internazionale riguardo alla fusione nucleare: 35 nazioni hanno già investito emotivamente (e finanziariamente).

Purtroppo, nonostante l'ITER rappresenti una straordinaria collaborazione globale, la sua impostazione egualitaria potrebbe averne talvolta ostacolato il progresso.

Ad esempio, i controlli e gli equilibri richiedono tempo sia in fase di attuazione che di ratifica, soprattutto quando i componenti di precisione vengono fabbricati in così tanti paesi diversi.

Le sfide del processo di costruzione sono state in qualche modo evidenziate durante la pandemia di Covid, quando è diventato esponenzialmente più difficile inviare scienziati e ingegneri in tutto il mondo per effettuare controlli di qualità.

Verso la fine del 2022, è stato annunciato che erano stati rilevati dei difetti negli scudi termici realizzati durante il Covid. Questi scudi isoleranno i magneti superconduttori superfreddi dal plasma supercaldo all'interno del tokamak.

La metrologia è coinvolta in ogni fase dell'assemblaggio della macchina ITER, compresi i lavori di riparazione in corso sui componenti critici. La dimensione dei segmenti dello scudo termico, che misurano circa 15 metri per 10 metri di area, è una delle sfide per i metrologi, obbligandoli a effettuare osservazioni laser da più posizioni di strumenti. Foto: ITER

Sono state trovate crepe nelle tubazioni termiche, così piccole che è stato necessario identificarle utilizzando la tomografia a raggi X, sviluppata in collaborazione con i ricercatori del CERN in Svizzera.

Alla fine, circa 23 km di tubature hanno dovuto essere sostituite. I responsabili dell'ITER hanno avvertito che le conseguenze "non sarebbero state insignificanti" e le ramificazioni complete in termini di consegna dell'ITER sono ancora sconosciute.

Costruire il sole sulla terra

La buona notizia è che le sfide e gli insuccessi rappresentano, fino a un certo punto, uno dei vantaggi dell'ITER come reattore sperimentale.

All'epoca, il direttore generale dell'ITER, Pietro Barabaschi, affermò: "Il know-how che stiamo acquisendo nell'uso dei componenti unici dell'ITER sarà utile ad altri quando lanceranno le proprie iniziative sulla fusione".

È anche giusto dire che, quando un progetto prevede l'installazione di più di un milione di componenti, ci saranno sicuramente uno o due ostacoli lungo il cammino.

Anche la responsabile della comunicazione dell'ITER, Sabina Griffith, ha dovuto spiegare in numerose occasioni perché ci vuole così tanto tempo per costruire il reattore.

Afferma: "Si tratta di componenti unici nel loro genere; nessuno lo aveva mai fatto prima.

"Stiamo davvero giocando con le forze di madre natura, quindi dobbiamo fare tutto con la massima cura."

Oltre all'attenzione ai dettagli richiesta per garantire il successo dell'ITER, ci sono ovviamente le questioni logistiche che accompagnano qualsiasi progetto multinazionale di questo tipo.

Da ogni parte del mondo giungono costantemente componenti all'ITER e Griffith ne descrive uno in particolare che deve essere maneggiato con la massima cura.

"Il solenoide centrale, che è il grande magnete al centro della macchina, sarà composto da sei moduli; tre sono già qui, e altri tre devono ancora arrivare", afferma.

“Il superconduttore arriverà dal Giappone; verrà spedito a San Diego, alla General Atomics, che lo trasformerà nel magnete.�

Griffith conclude: "Questo sarà il magnete più potente che l'umanità abbia mai costruito. Con una forza [del campo magnetico] di oltre 12 Tesla.

"Ha l'energia immagazzinata per sollevare due portaerei... Dovrebbe essere imbullonato insieme con molta attenzione."

Per un orecchio inesperto, questo potrebbe suonare come un eufemismo.

Precisione di livello successivo

Uno degli ingegneri che saranno responsabili della supervisione di gran parte dell'assemblaggio dell'ITER è Laure Navarro.

Da quando ha aderito al progetto, circa 3 mesi prima che i lockdown per il Covid iniziassero a diffondersi in tutta Europa, afferma che la curva di apprendimento nel settore dell'edilizia è stata, per usare un eufemismo, ripida.

"A volte abbiamo tolleranze inferiori a 1 cm per posizionare un componente massiccio", afferma. "Queste sono cose che richiedono metrologia e abbiamo molti esperti di metrologia all'ITER.

"Quindi, il posizionamento delle cose nello spazio è molto preciso ed è necessaria molta tecnologia per integrare tutto."

Come ha affermato Griffith, ci sono molti componenti mai visti prima nella costruzione dell'ITER. Molti di questi porteranno sfide uniche di sollevamento e manovra, non solo perché sono grandi e pesanti, ma anche per i loro centri di gravità non ortodossi.

Navarro afferma: "L'elemento più grande che abbiamo inserito nel tokamak è stato un ascensore nel 2020... pesava 1250 tonnellate, in un unico pezzo.

"Abbiamo enormi gru a ponte da 1500 tonnellate nella sala di montaggio. Sono quelle che sollevano e trasportano i componenti più grandi.

"Abbiamo imparato molto la prima volta che abbiamo utilizzato la gru con un componente reale...sulle sue capacità, in termini di precisione e velocità e su cosa aspettarci come durata standard per un sollevamento.

"Quel primo sollevamento è durato in totale 20 ore, quindi ci ha aiutato molto a capire come reagisce la gru.

Strumenti per il lavoro

"Per quanto riguarda il sollevamento del modulo di settore, che non era così pesante ma critico, è stato anche molto interessante, perché hai due centri di gravità [sul componente], quindi devi essere in grado di monitorare gli spazi tra i due gusci e integrarli.

"Certamente, ogni volta che impari."

Navarro aggiunge: "Noi e gli appaltatori abbiamo sviluppato strumenti realizzati appositamente per la costruzione dell'ITER. Infatti, abbiamo più strumenti costruiti appositamente che strumenti normali per l'assemblaggio del tokamak".

Descrivendo la macchina come "un gigantesco Lego", Navarro minimizza le sfide ingegneristiche legate allo spostamento di componenti enormi in posizioni con una precisione critica.

"Abbiamo molti strumenti di mobilitazione in 3D che ci mostrano come dobbiamo assemblarlo", afferma.

"Utilizziamo scanner laser che ci aiutano a posizionarci rispetto ai bersagli e abbiamo sensori per misurare gli spazi vuoti".

Aggiunge, tuttavia, che "Avere un video 3D colorato è bello, ma quando vedi i componenti nella realtà e devi spostarli, questa è un'altra cosa.

"A volte è l'esperienza più pratica e pragmatica a funzionare: a volte è sufficiente avere una linea verticale con la gravità."

È bene sapere che, anche quando gli esseri umani tentano di costruire un nuovo sole, c'è spazio per un filo a piombo.

Dobbiamo sperare che non ci siano altri grossi ostacoli sul cammino dell'ITER e che dimostri la validità della scienza della fusione per la produzione di energia.

Sarà il primo reattore a produrre più calore di quello immesso e potrebbe aprire la strada a un'energia sicura e pulita per migliaia, se non milioni di anni.

ITER al Construction Technology Summit 2024 Ingegnere nucleare, Laure Navarro. Foto: ITER Laure Navarro, l'ingegnere nucleare citato in questo articolo, interverrà al Construction Technology Summit, che si terrà ad Austin, Texas, il 19 marzo. Offrirà il suo punto di vista sulle attività scientifiche svolte presso l'ITER e sulle tecnologie costruttive all'avanguardia impiegate per installare oltre un milione di componenti nella struttura. Per registrarsi all'evento, visitare

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