Nel sud della Francia, nel cantiere dove sta prendendo forma ITER, il più ambizioso progetto al mondo per la produzione di energia da fusione nucleare, si è appena raggiunto un traguardo ingegneristico di grande rilievo. Uno dei componenti più delicati e complessi del reattore, il cosiddetto “bersaglio verticale esterno” del deviatore (in pratica un sistema di scarico), ha superato con successo i severissimi test di certificazione imposti dall’organizzazione ITER. Dietro a questo risultato c’è una collaborazione tecnologica tutta giapponese, che ha dovuto affrontare sfide termiche, meccaniche e materiali mai tentate prima.
Sviluppato un sistema di scarico per un reattore a fusione nucleare
L’immagine evocata dagli ingegneri di ITER è tanto suggestiva quanto realistica: costruire un sistema di scarico per una stella. È infatti questo il compito del deviatore, componente fondamentale del reattore a fusione, incaricato di estrarre le impurità e i residui del combustibile dal plasma ad altissima temperatura. Appunto, fare da scarico alle impurità.
All’interno del tokamak, dove si innescano le reazioni di fusione, il plasma deve rimanere stabile e controllato per evitare l’interruzione del processo.
Il bersaglio verticale esterno, parte centrale del deviatore, è l’unico elemento dell’intero reattore progettato per entrare in contatto diretto con il plasma. Per questa ragione deve affrontare condizioni estreme: fino a 20 megawatt di calore per metro quadrato e forze elettromagnetiche di circa 16,5 tonnellate. Un livello di stress termico e meccanico che nessun altro materiale industriale deve mai sopportare in situazioni normali.
Superare i test di resistenza richiesti da ITER significa dunque convalidare una tecnologia al limite della fisica nota.
Il know-how giapponese tra materiali avanzati e tecniche di brasatura
A sviluppare questo componente è stato il Giappone, tramite una stretta collaborazione tra Hitachi e i QST (Istituti Nazionali per la Scienza e la Tecnologia Quantistica). I lavori sono iniziati nel gennaio 2022 con l’obiettivo di produrre una struttura capace non solo di sopportare le condizioni termiche, ma anche di conservarsi efficiente nel tempo. Il QST ha guidato la ricerca sui materiali, sviluppando monoblocchi di tungsteno, uno dei metalli più resistenti al calore, e tubi di raffreddamento in una lega speciale di rame ad alta conduttività termica.
Una delle principali innovazioni è stata l’elaborazione di una tecnologia di brasatura resistente alle alte temperature, indispensabile per unire materiali così diversi senza comprometterne l’integrità. Il giunto tra il rame e il tungsteno rappresenta uno dei punti più critici della struttura, poiché deve reggere sia agli sbalzi termici estremi che alle forze meccaniche del campo magnetico generato nel tokamak.
Una volta definiti i materiali e le tecniche teoriche, è toccato a Hitachi trasformare questi studi in un processo produttivo affidabile. L’azienda ha sviluppato metodi di assemblaggio con una tolleranza inferiore ai 0,5 millimetri, sfruttando sistemi di saldatura robotizzati e avanzati strumenti di ispezione non distruttiva. Ogni passaggio è stato calibrato con rigore assoluto per garantire che il prodotto finito rispettasse le specifiche tecniche di ITER.
Questo lavoro di precisione, unito alla ricerca sui materiali, ha permesso la costruzione del primo prototipo in scala reale del bersaglio verticale esterno, che ha poi superato i controlli più severi previsti per un componente destinato alla fusione. Non si tratta solo di un successo tecnico, ma di un passo avanti concreto verso la costruzione di un sistema capace di generare energia imitando i processi del Sole.
