Reversed Field eXperiment

RFX (sigla per Reversed Field eXperiment) è un esperimento di confinamento di un plasma per la fusione nucleare controllata, situato nell'Istituto Gas Ionizzati del CNR a Padova. L'esperimento sfrutta un intenso campo magnetico in configurazione Reversed field pinch (RFP): storicamente, RFX rappresenta un passo in avanti della configurazione RFP verso correnti di plasma elevate.

Storia

Ricerche sui gas ionizzati o plasmi iniziarono a Padova nel 1958/1959, in seguito all'interesse suscitato dalla conferenza di Ginevra "Atoms for peace", presso l'Istituto di Elettrotecnica della Facoltà di Ingegneria, con il sostegno e la collaborazione dell'Istituto di Fisica (allora diretto dal prof.Antonio Rostagni). I primi esperimenti riguardavano scariche elettriche in tubi rettilinei, in gas a bassa pressione, prodotte fra due elettrodi posti alle estremità del tubo (una evoluzione dei tubi di Crookes). Su tali scariche si effettuarono le prime osservazioni e misure, come la misura del rapporto $E/p$ (campo elettrico diviso per la pressione) necessario per ionizzare un plasma di idrogeno^[1].

Gli studi con macchine toroidali (cioè, a forma di ciambella) vennero invece avviati nei primi anni '70, nel quadro del primo contratto di associazione fra EURATOM e CNR. Al gruppo di Padova venne così affidato il progetto ETA-BETA I, attivo dal 1974 al 1978, e dedicato a una configurazione alternativa al Tokamak, nota come Reversed field pinch (RFP). Al progetto venne riconosciuto il livello prioritario nell'ambito del programma europeo sulla fusione, il che comportava un finanziamento al 45% da parte della Comunità europea.

Ma fu l'esperimento ETA-BETA II (1979-1989) a ottenere in modo stazionario la configurazione RFP, riproducendo la cosiddetta "fase quiescente" che venti anni prima era stata osservata nella macchina inglese ZETA. Questo risultato rese interessante la configurazione RFP nell'ambito della ricerca sulla fusione, dando l'impulso per la realizzazione di altre macchine simili e di dimensioni maggiori, fra cui il Madison Symmetric Torus (MST) a Madison (Wisconsin). Si consolidò quindi la convinzione che una significativa indagine sulle prospettive del RFP come reattore a fusione dovesse svolgersi con esperimenti in una macchina molto più grande e a livelli di corrente di plasma molto maggiori di quelli ottenuti su ETA-BETA I ed ETA-BETA II. Il progetto RFX venne quindi inizialmente proposto a Culham, nell'Oxfordshire (lo stesso sito del Joint European Torus - JET), e affidato al gruppo di Padova nel 1984. La fase degli esperimenti è incominciata nel 1992: l'ente che gestisce RFX è una associazione fra EURATOM ed ENEA, nota come Consorzio RFX, in cui i soci sono l'ENEA, il CNR, l'Università di Padova, l'INFN e le Acciaierie venete S.p.A.

La realtà del Consorzio RFX dal 2006 non riguarda solo la gestione e lo sviluppo della macchina RFX, ma anche la realizzazione, in collaborazione con alcuni altri laboratori europei e giapponesi, di un iniettore di particelle neutre per il riscaldamento del plasma di ITER, il proto-reattore sperimentale in costruzione a Cadarache, nel sud della Francia.

Parametri tecnici

RFX è stata costruita fra il 1985 e il 1991^[2]. La tabella che segue mette in evidenza le principali caratteristiche tecniche:

materiale del nucleo del trasformatore	aria
materiale della camera da vuoto	Inconel
materiale della prima parete (2016 mattonelle)	grafite
materiale della scocca (3 mm)	rame
materiale conduttore delle bobine	rame
materiale isolante delle bobine	vetroresina+kapton
raggio maggiore del toro, $R_{0}$	2 m
raggio minore del toro, $a$	0.459 m
volume delle camera, $2\pi R_{0}\pi a^{2}$	8.31 m³
massima corrente di plasma	2 M A
massimo campo magnetico toroidale	0.7 T
energia induttiva immagazzinata	72.5 M J
livello di vuoto nella camera	10^-12 bar

La tabella mostra le principali componenti di RFX, che sono:

il sistema di contenimento del plasma, cioè la cosiddetta "camera da vuoto", che contiene materialmente il gas che poi viene ionizzato: la camera da vuoto è costantemente pompata da un sistema di pompe da vuoto che garantiscono un livello di alto vuoto;
la prima parete, cioè la superficie interna della camera da vuoto immediatamente a contatto con il plasma: essa è interamente ricoperta da un sistema di 2016 mattonelle in grafite, che resistono a temperature fino a 3000°C;
la scocca, che è una "guaina" in rame che avvolge quasi completamente la superficie esterna della camera da vuoto: la scocca, grazie alla buona conducibilità elettrica del rame, garantisce la stabilità magnetoidrodinamica del plasma per tempi dell'ordine di 50 m s;
il sistema magnetico, cioè le bobine che servono rispettivamente per indurre la corrente di plasma e il campo magnetico toroidale (con lo stesso principio del Tokamak).

Bibliografia

^ A. Buffa, G. Malesani and G. F. Nalesso, Measurement of Ionization Growth Rates in H₂ at High E/p, Physical Review A 3 (1971), 955
^ Giorgio Rostagni, RFX: an expected step in RFP research, Fusion Engineering and Design 25 (1995), p.301

Voci correlate

Collegamenti esterni

Sito ufficiale dell'Istituto Gas Ionizzati di Padova

Portale Energia

Portale Fisica

[1] A. Buffa, G. Malesani and G. F. Nalesso, Measurement of Ionization Growth Rates in H₂ at High E/p, Physical Review A 3 (1971), 955

[2] Giorgio Rostagni, RFX: an expected step in RFP research, Fusion Engineering and Design 25 (1995), p.301

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