LA NASCITA E GLI SVILUPPI DELLA RICERCA SUI PLASMI E SULLA FUSIONE NUCLEARE IN ITALIA * - Analysis
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ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
LA NASCITA E GLI SVILUPPI DELLA RICERCA
SUI PLASMI E SULLA FUSIONE NUCLEARE IN ITALIA *
di Luisa Bonolis e Franca Magistrelli
In questo articolo viene brevemente riportata la storia della nascita e dello sviluppo della ricerca sui plasmi e
sulla fusione nucleare in Italia. Si è curata in particolare la ricostruzione della fondazione del Laboratorio Gas
Ionizzati; ricostruzione basata esclusivamente su testimonianze dirette nonché su fonti documentarie di archi-
vio.Per quanto riguarda lo sviluppo successivo, si è prevalentemente presa in considerazione la ricerca svolta
impiegando dispositivi basati sul confinamento magnetico del plasma, facendo notare l’importanza della linea
dei tokamak compatti ad alto campo magnetico; linea che potrebbe condurre alla realizzazione, in laboratorio,
di un plasma in condizioni di ignizione.Questo lavoro, pur nella sua brevità, fornisce nelle sue linee essenziali
un resoconto che, tra l’altro, serve bene a compensare le diverse lacune e distorsioni dalle quali è spesso affet-
ta l’informazione corrente in proposito.
1. INTRODUZIONE le hanno tempi caratteristici dell’ordine di
miliardi di anni e la potenza liberata per unità di
Lo studio della fusione nucleare è di grande massa è molto piccola. Se la potenza totale da
importanza sia sul piano puramente scientifico esse liberata è enorme ciò è dovuto al fatto che
che su quello applicativo. anche la loro massa è enorme.
Per quanto attiene agli aspetti puramente Per produrre sulla Terra energia da fusione
scientifici del problema, basti pensare all’astrofi- devono quindi essere prese in considerazione
altre reazioni con tempi caratteristici molto più
sica e al fatto che a reazioni di fusione è dovuta
brevi. E poiché comunque bisogna poter portare i
l’energia irradiata dalle stelle, in particolare dal
nuclei interagenti ad energie elevatissime, la cosa
nostro Sole.
sembrò impossibile. Sono però stati i progressi
Per quanto invece riguarda gli aspetti appli-
successivamente ottenuti nello sviluppo di ener-
cativi, l’avere sulla Terra dei dispositivi nei quali
gia da fissione a riportare l’interesse sulla possibi-
si producono reazioni di fusione permette, oltre
lità di ottenere energia da processi di fusione.
allo studio dei fenomeni fisici fondamentali, lo
Infatti, come è ben noto, nel 1945 venne rea-
svolgimento di un programma di ricerca che lizzata la prima esplosione nucleare (bomba A);
possa in definitiva condurre alla realizzazione di e successivamente, nel 1952, negli USA sotto la
un reattore a fusione, e quindi alla utilizzazione guida di Teller, venne realizzata la prima esplo-
di questo tipo di energia. sione termonucleare (bomba H). In essa veniva
Nella storia della fisica la fusione nucleare fa utilizzata l’energia prodotta da un’esplosione
il suo ingresso negli anni ’20. Nel 1920 l’astrono- nucleare per innescare reazioni di fusione. Nel
mo inglese Arthur Eddington avanzò l’ipotesi 1953 anche i russi realizzarono un’esplosione ter-
che l’energia emanata dal Sole fosse dovuta a monucleare.
reazioni di fusione. Successivamente, nel 1929, Le prime ricerche sulla fusione furono quindi
R. d’E. Atkinson e F.G. Houtermans pubblicaro- effettuate a scopo militare ed erano di conse-
no un lavoro scientifico in proposito [1]. La loro guenza coperte da segreto. E in ogni caso si trat-
teoria fu perfezionata da C.F. von Weizsäcker [2], tava di realizzare la produzione di energia da
da G. Gamow e E. Teller [3] e da H.A. Bethe [4]. fusione sotto forma esplosiva, cioè incontrollata.
Negli anni ’30 gli scienziati presero quindi in Ciò però fece sì che avessero inizio anche ricerche
considerazione la possibilità di ottenere anche riguardanti la fusione termonucleare controllata.
sulla Terra energia da fusione nucleare. Tuttavia, Negli anni ’50, in un periodo in cui la fusione
le reazioni di fusione che hanno luogo nelle stel- termonucleare iniziava ad essere percepita come
*Questo stesso testo è stato pubblicato dal Massachusetts Institute of Technology come rapporto MIT(LNS)
Report HEP 11/01”.
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 27ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
una sorgente potenziale di energia pulita, il metà del secolo scorso [7]. Consultando i docu-
mondo era ancora diviso in due sistemi rivali. A menti esistenti negli archivi del Dipartimento di
causa delle armi nucleari recentemente sviluppa- Fisica dell’Università La Sapienza di Roma, essa
te, le industrie militari lavoravano in condizioni ha messo insieme una vasta raccolta di materiale
di estrema segretezza, e qualsiasi ricerca nuclea- riguardante in particolare la nascita delle ricerche
re era automaticamente ritenuta di interesse sulla fisica dei plasmi e sulla fusione in Italia, e
militare. Tuttavia, da ambo le parti gli scienziati quindi la fondazione del Laboratorio Gas Ioniz-
si resero conto che la fusione nucleare a confina- zati. La disponibilità di questa documentazione
mento magnetico, unico sistema di confinamen- pone in parte rimedio alla irreperibilità di buona
to esistente all’epoca, non presentava alcuna parte dei rapporti di attività che un tempo esiste-
potenziale utilizzazione a scopi militari. Il confi- vano tanto nello stesso Laboratorio che nella sede
namento inerziale, effettivamente utilizzabile centrale del CNEN. I documenti ritenuti più
per scopi militari, fece la sua comparsa sulla significativi a questo scopo sono elencati in ordi-
scena solamente negli anni ’60. ne cronologico nell’Appendice che chiude questo
Nel 1956, una delegazione sovietica guidata lavoro, unitamente a documenti diversamente
da Nikita Kruschev (primo segretario del partito reperiti. Alcuni di essi verranno citati nel testo
comunista sovietico), Nikolai A. Bulganin con la sigla corrispondente.
(primo ministro dell’URSS) e dallo scienziato Franca Magistrelli è stata il primo collabora-
Igor V. Kurchatov (il leader della ricerca atomica tore del professor Bruno Brunelli. Dapprima,
sovietica) visitò la Gran Bretagna nel tentativo di negli anni 1956-1957, nell’avvio della ricerca sui
attenuare la guerra fredda. Il 25 aprile Kurchatov plasmi e successivamente, nel 1958, nella fonda-
fece un discorso sorprendentemente aperto e zione del Laboratorio Gas Ionizzati. Ai fini stori-
approfondito sui problemi della fusione termo- ci, sono significativi a questo riguardo i suoi
nucleare controllata che contribuì alla declassifi- primi due contratti di lavoro con il CNRN.
cazione della ricerca in questo settore da parte Attualmente essa è l’unica persona ancora in vita
del Regno Unito e degli Stati Uniti. Nella secon- in grado di fornire una testimonianza diretta su
da conferenza sugli usi pacifici dell’energia ato- questi eventi dei quali è stata tra i protagonisti.
mica tenuta a Ginevra nel 1958 fu deciso di L’unione tra queste due diverse competenze e
togliere ogni vincolo di segretezza sulla fusione storie professionali ha reso possibile la stesura di
termonucleare controllata. Da allora la ricerca questo articolo che, basandosi esclusivamente su
fusionistica ha avuto un ruolo centrale nell’am- testimonianze dirette e fonti documentarie d’ar-
bito del problema energetico. chivio, fornisce nelle sue linee essenziali la storia
Da quanto detto risulta quindi evidente che dello sviluppo della ricerca sui plasmi e sulla
anche la storia della ricerca fusionistica ha una fusione nucleare in Italia.
notevole importanza. Con questo articolo si Poiché questo articolo si rivolge prevalente-
vuole appunto fornire al lettore una ricostruzio- mente ad un pubblico di non addetti ai lavori, si
ne della nascita e dello sviluppo della ricerca sui ritiene opportuno premettere, nel prossimo
plasmi e sulla fusione in Italia. Tale ricostruzione paragrafo, alcuni cenni sulla fusione termonu-
appare opportuna anche perché il racconto di cleare controllata. Lo si farà nel modo più sem-
queste vicende è spesso affetto da omissioni e plice possibile, senza troppo entrare nei dettagli
distorsioni; sia per ciò che riguarda gli inizi (vedi della fisica che è alla base del funzionamento dei
ad esempio le bibliografie [5] e [6]), sia per quan- vari dispositivi.
to concerne la storia più recente o attuale (ricer-
ca con grandi tokamak e con tokamak compatti
ad alto campo magnetico, storia del tokamak FT 2. IL PROBLEMA DELLA FUSIONE
di Frascati, storia di Ignitor). TERMONUCLEARE CONTROL-
I motivi che hanno spinto le due autrici a colla-
borare per ricostruire questa storia sono di natura LATA
diversa, ma convergono in una comune finalità.
Luisa Bonolis si occupa da molti anni di storia È noto che se si fornisce sufficiente energia a
della fisica italiana del novecento, con particolare dei nuclei di elementi leggeri essi possono “fon-
attenzione agli sviluppi delle ricerche che hanno dersi” e che in questo processo si libera energia
avuto luogo tra Roma e Frascati nella seconda che può quindi venire utilizzata. Le reazioni di
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 28ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
fusione che realisticamente vengono considerate totale di reazione) è sufficiente per compensare le
ai fini pratici coinvolgono gli isotopi dell’idroge- perdite di energia. In queste condizioni di igni-
no (il deuterio e il trizio) e l’elio3. Fra queste rea- zione il plasma è in grado di auto sostenersi. Per
zioni quella che ha più possibilità di essere inne- raggiungere questa situazione è necessario, come
scata a temperature raggiungibili in un ipotetico è logico e come sopra accennato, che la tempera-
reattore a fusione è la reazione deuterio–trizio tura, la densità e il tempo di confinamento siano
che genera neutroni con un’energia di circa 14 sufficientemente grandi, o lo sia una qualche loro
MeV e particelle , con un’energia di circa 3,5 combinazione. Esiste a questo riguardo il ben
MeV. Fissiamo quindi per il momento la nostra noto criterio di Lawson che, in base a considera-
attenzione su questa reazione. zioni di bilancio energetico e tenendo conto delle
Per risolvere il problema della fusione termo- perdite, stabilisce per il prodotto n" un valore
nucleare controllata si può quindi pensare di rea- non inferiore a circa 1014 cm-3 s, ferma restando
lizzare in un primo tempo un plasma 1 di deute- l’esigenza di una temperatura elevata.
rio-trizio avente una densità di particelle n ele- Dimostrare la fattibilità scientifica della fusio-
vata (! 1013 cm-3) e una temperatura T sufficien- ne termonucleare controllata significa riuscire a
temente alta (100-1000 milioni di gradi centigra- portare il plasma in condizioni di ignizione in
di) per dare ai nuclei di deuterio e trizio l’energia una esperienza di laboratorio. È importante chia-
necessaria per vincere la repulsione elettrostati- rire il significato di questa terminologia, valida
ca, e di confinarlo per un tempo " sufficiente- per ogni nuova idea tecnologica, perché molto
mente lungo per dare modo alle reazioni di spesso essa viene usata in modo improprio. E
fusione di verificarsi. In un reattore i neutroni anche su questo si tornerà più avanti. Solo dopo
generati nelle reazioni di deuterio e trizio sfug- avere raggiunto questo fondamentale traguardo
gendo dal plasma verrebbero catturati in un si potrebbe pensare al reattore prototipo e suc-
mantello posto attorno al plasma stesso, nel cessivamente al reattore commerciale.
quale essi rigenererebbero il trizio per reazione Da anni nelle macchine a fusione esistenti nel
con il litio contenuto nel mantello. mondo e operanti con solo deuterio si produco-
Questa rigenerazione si rende necessaria per- no reazioni di fusione alle quali è ovviamente
ché il trizio, essendo radioattivo con un tempo di associata una produzione di energia. Però la fat-
dimezzamento piuttosto breve (# 12 anni), non tibilità scientifica della fusione termonucleare
esiste in natura in quantità significative. Il calore controllata resta ancora da dimostrare, nel senso
prodotto dai neutroni verrebbe prelevato e usato che l’ignizione, come pure il pareggio, non è
per produrre elettricità con un convenzionale stata a tutt’oggi realizzata.
ciclo termico. Le particelle , elettricamente cari- Il confinamento di un plasma, che ha luogo
che, possono invece essere confinate all’interno spontaneamente nelle stelle a causa della rile-
del plasma e quindi cedergli la loro energia, vante forza di gravità connessa con le enormi
riscaldandolo ulteriormente. Se questa energia masse in giuoco, può ottenersi in laboratorio con
viene prodotta in quantità sufficiente, cioè se il due diversi sistemi:
numero delle reazioni è abbastanza elevato, è a) confinamento inerziale – In questo sistema si
possibile superare le perdite di energia che il pla- comprime a densità elevatissima (maggiore di
sma subisce verso l’esterno. La situazione in cui circa mille volte la densità di un liquido) una pal-
la potenza di fusione prodotta uguaglia quella lina di deuterio-trizio per mezzo di fasci laser o
che si deve iniettare per riscaldare e confinare il di particelle cariche. I tempi di compressione
plasma viene detta pareggio (breakeven). Natural- sono brevissimi, per modo che il combustibile,
mente questa condizione va superata perché ciò vincolato dalla sua stessa inerzia, brucia prima
che conta ai fini pratici è la produzione netta di di potersi disperdere. Il criterio di Lawson viene
energia. La situazione da raggiungere in definiti- soddisfatto con densità di plasma maggiori di
va è quella in cui la potenza fornita al plasma 1024 cm-3 e con tempi di confinamento minori di
dalle particelle (che è circa 1/5 della potenza 10-10 s;
1Plasma (detto anche “quarto stato della materia”) è in pratica un gas completamente ionizzato, cioè una miscela global-
mente neutra di ioni ed elettroni.
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 29ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
b) confinamento magnetico - Qui il plasma, quindi un brevissimo cenno. Nella Fig. 1 ne è
essendo una miscela di particelle cariche, viene data una rappresentazione schematica.
tenuto lontano dalle pareti del contenitore da Il plasma contenuto in una opportuna camera
opportuni campi magnetici. In questo caso si può da vuoto ha una configurazione toroidale che
avere, tipicamente, un tempo di confinamento di può essere a sezione circolare con raggio mag-
1 s con una densità dell’ordine di 1014 cm-3. giore R0 e raggio minore a (vedi Fig. 2a). Per
Fra i vari dispositivi che sfruttano il confina- migliorare alcune caratteristiche del tokamak
mento magnetico del plasma, quello che finora è però, in molti casi si fa in modo che la colonna di
sembrato il più promettente e che è stato mag- plasma abbia una sezione elongata con raggi
giormente studiato è il tokamak del quale diamo minori a e b (vedi Fig. 2b).
a) b)
Fig. 1 Fig. 2
Il trasformatore centrale induce la corrente Ip e conduce di conseguenza a tempi di costruzione
che riscalda il plasma e genera il campo magne- e a costi molto elevati. Inoltre le incognite a cui si
tico Bp, che naturalmente è diverso da zero solo va incontro in termini di comportamento fisico
per il tempo limitato in cui varia la corrente nel del plasma e di probabilità di ignizione sono rile-
primario del trasformatore. Il magnete toroidale vanti.
produce poi il campo magnetico toroidale BT. Le La linea alternativa è quella di realizzare
linee di forza del campo magnetico risultante tempi di confinamento più brevi con densità ele-
hanno una configurazione elicoidale che è richie- vate. Le minori dimensioni del dispositivo ren-
sta per ragioni di equilibrio e di stabilità. In Fig. dono qui possibile l’applicazione di campi
1 sono anche mostrate le bobine che producono magnetici più alti; si possono quindi sostenere
un campo magnetico di controllo che serve per maggiori densità della corrente che circola nel
centrare il plasma nella camera di scarica. plasma, da cui la possibilità di ottenere più ele-
Per ottenere le condizioni di ignizione di un vate densità di plasma. Vengono così prodotti
plasma in un dispositivo tokamak si può pensa- “plasmi termonucleari”, nei quali il riscaldamen-
re di seguire due diverse linee; linee che corri- to è dovuto essenzialmente alle particelle .
spondono a due diversi modi per ottenere valori Nelle macchine più grandi ed a più bassa densi-
elevati del prodotto n". tà, è necessario l’impiego di fonti esterne di
Si può infatti cercare di realizzare tempi di riscaldamento (fasci di neutri, radiofrequenze,
confinamento lunghi con densità basse. Ciò etc.); e questo fa sì che il plasma prodotto non sia
richiede macchine di grandi dimensioni, inten- effettivamente un plasma termonucleare. Si può
dendo per grandi dimensioni quelle di un toka- fra l’altro vedere che valori elevati del campo
mak avente un raggio maggiore di circa 2 metri, magnetico e dimensioni compatte della macchi-
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 30ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
na rendono possibile spingere la corrente di pla- D3He). La reazione D3He, oltre a non coinvolge-
sma a valori piuttosto elevati senza incorrere in re il trizio, non origina neutroni (se non quelli, in
instabilità. numero minore, generati in reazioni collaterali e
È poi di grandissima importanza il fatto, veri- secondarie) ma solo particelle e protoni. Non ci
ficato sperimentalmente, che in macchine ad ele- sono quindi problemi connessi con l’attivazione
vata densità il grado di impurezza del plasma dei materiali strutturali. Inoltre le particelle e i
(cioè la percentuale di elementi pesanti in esso protoni, essendo particelle cariche, potrebbero
presenti) è praticamente trascurabile. Poiché pre- essere utilizzati direttamente per ricavare ener-
valentemente agli elementi pesanti sono collega- gia elettrica (conversione diretta), senza passare
te le perdite di energia per irraggiamento, una per un ciclo termico con la conseguente perdita
presenza apprezzabile di questi elementi può, da di rendimento della macchina.
sola, pregiudicare il raggiungimento delle condi- In questo tipo di reattore non occorrerebbe
zioni di ignizione. più quindi circondare il plasma con un mantello
Naturalmente la necessità di operare con e si otterrebbe così una riduzione notevole delle
campi magnetici e con correnti elevate comporta difficoltà tecnologiche. Inoltre, poiché il processo
problemi tecnologici che divengono importanti di conversione diretta richiede di convogliare le
qualora si abbia a che fare con un reattore anzi- particelle cariche verso un qualche dispositivo
ché con una macchina sperimentale. D’altra apposito, il carico termico sulle pareti risultereb-
parte è logico assumere come obiettivo priorita- be alleggerito.
rio la dimostrazione della fattibilità scientifica
della fusione nonché lo studio del comporta-
mento, attualmente incognito, di un plasma ignì- 3. STORIA DELLA RICERCA
to, rimandando ad una fase successiva la tratta-
zione dei problemi reattoristici. E in questa stra- FUSIONISTICA IN ITALIA
tegia è evidente il vantaggio delle macchine
compatte. La ricerca sulla fusione nucleare in Italia è stata
In base a quanto detto ci si sarebbe dovuti ed è condotta con il contributo scientifico, tecnico
aspettare che la ricerca con i tokamak si fosse ed economico di università, industrie ed enti
orientata prevalentemente sui dispositivi com- nazionali di ricerca (ENEA, CNR, INFN). Attual-
patti; e invece quello che è avvenuto, come si mente esiste una Associazione Italiana per la
vedrà, è esattamente il contrario. Fusione, rappresentata dall’ENEA, comprendente
Prima di chiudere questo paragrafo è oppor- il Consorzio RFX di Padova, l’Istituto di Fisica del
tuno accennare brevemente al problema della Plasma del CNR di Milano, il Consorzio Univer-
scelta del combustibile da impiegare. Come si è sitario CREATE del Politecnico di Torino, e le Uni-
detto, è ragionevole pensare di utilizzare la rea- versità di Catania e di Roma Tor Vergata.
zione DT – che è più facile da innescare rispet- L’importanza delle ricerche sul plasma era già
to ad altre reazioni coinvolgenti elementi leg- stata riconosciuta dal consiglio di presidenza del
geri (deuterio-elio3, protone-litio6, protone- CNRN nella primavera del 1956 e pertanto era
boro11, ecc.) – solo per una fase sperimentale in stata inclusa una previsione di spesa di 5 miliar-
una macchina progettata per l’ignizione. Ciò di nel “piano dei 100 miliardi” presentato alle
perché i neutroni da 14 MeV prodotti nelle rea- autorità del governo al principio dell’estate dello
zioni DT, essendo neutri, sfuggono dal plasma stesso anno (A16).
e arrivano sulle strutture della macchina atti- Per inciso, il 24 agosto 1956 il professor Felice
vandole e dando così luogo a problemi di sicu- Ippolito fu nominato Segretario Generale del
rezza ed ambientali. Per cui non si può parlare CNRN.
di energia pulita (senza con questo voler fare Il 5 febbraio 1957 fu varata la legge n. 19 che
confronti con l’energia da fissione). E quanti stanziava nuovi fondi (3 miliardi e 300 milioni)
più neutroni si producono, e quanto più essi impegnando il governo (art. 2) al varo di una
sono energetici, tanto meno pulita è l’energia legge che regolasse i numerosi problemi del set-
che si produce. tore nucleare.
Si può pensare però di raggiungere tempera- Nel maggio del 1957 il professor Enrico Per-
ture più grandi, cioè sufficienti a portare all’igni- sico lanciò l’idea di partire in Italia con un pro-
zione un plasma di deuterio-elio3 (plasma gramma di ricerca sui plasmi. Da tempo egli
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sentiva questa necessità, tanto è vero che ne amministrativo. Di conseguenza bisognava for-
aveva parlato con Enrico Fermi durante il suo mulare un programma con relativo preventivo
ultimo viaggio in Italia nel 1954, immediata- di spesa da sottoporre alla approvazione del
mente prima della sua precoce scomparsa. Egli CNRN per ottenere il necessario finanziamento.
intendeva con questo iniziare a riempire il A questo riguardo è significativo il documento
vuoto culturale esistente in Italia a questo A8 dell’Appendice che dà la situazione dei lavo-
riguardo. Per motivi anche storici, per anni e ri all’1 ottobre 1957. In questo documento si
anni la ricerca italiana era stata fondamental- legge che Ippolito, in attesa della legge stralcio,
mente orientata verso la fisica delle particelle decise di anticipare la somma di 10 milioni di
elementari e delle alte energie, penalizzando lire per tre mesi, allo scopo di tenere in vita le
così altri importanti settori della fisica che inve- attività del gruppetto. A Magistrelli, così come
ce venivano investigati in altre parti del mondo. al tecnico di laboratorio che lavorava nel grup-
A questo riguardo Persico era in sintonia con po, venne prudenzialmente fatto un contratto di
Edoardo Amaldi, che fin dagli anni ‘50 si ado- sei mesi a partire dal 15 ottobre 1957 (A10). In
però per allargare l’orizzonte culturale della questo contratto si legge: “La S.V. è assunta a con-
fisica, favorendo lo sviluppo e l’apertura di tratto presso il Comitato Nazionale per le Ricerche
nuove linee di ricerca. Nucleari in qualità di fisico, alle dipendenze del prof.
In questo articolo si vuole raccontare come ha Bruno Brunelli (...)”.
avuto inizio e come si è sviluppata fino ad ora in A questo punto era naturalmente necessario
Italia la ricerca sui plasmi e sulla fusione nuclea- dare inizio ad un’opera di reperimento di validi
re. Lo si farà suddividendo il racconto secondo le ricercatori. Inoltre, poiché in Italia non esisteva
diverse aree geografiche. all’epoca alcuna competenza sulla fisica del pla-
sma e della fusione, era indispensabile riuscire
ad utilizzare le competenze di scienziati stranie-
3.1. ROMA - FRASCATI ri. E per fare ciò bisognava per prima cosa effet-
tuare visite a laboratori esteri significativi ope-
3.1.1. Gli inizi - La fisica del Plasma ranti nel settore; cosa che fu efficacemente fatta
da Brunelli (A1).
Nel 1956, all’Istituto di Fisica dell’Università Bisognava poi invitare esperti stranieri a tene-
di Roma, la cattedra di Fisica Superiore era tenu- re presso l’Istituto di Fisica seminari e corsi sulla
ta da Persico. Annesso a questa cattedra esisteva fisica del plasma.
un laboratorio dove operavano due ricercatori: Infine era essenziale ottenere la collaborazio-
Bruno Brunelli e Franca Magistrelli. In particola- ne di brillanti ricercatori che potessero operare
re era stata realizzata una sorgente di ioni a presso il laboratorio per periodi più o meno lun-
radiofrequenza nel contesto degli studi di ottica ghi.
elettronica, materia alla quale Persico in quel Tutto ciò risulta chiaramente dai documenti
periodo era interessato. Su questa sorgente svol- in Appendice che dimostrano anche come siano
geva la sua tesi di laurea lo studente Alberto De state importanti in proposito le azioni svolte da
Angelis. Amaldi e, più ancora, da Persico.
Il plasma contenuto nella sorgente era quindi Corsi sulla fisica del plasma furono tenuti dai
allora solo un mezzo per poter estrarne un professori David Bohm dell’Università di Bristol,
fascetto di ioni con convenienti caratteristiche. E Otto Klemperer dell’Imperial College di Londra
tuttavia c’era un plasma in laboratorio. Fu un po’ e Jirka G. Linhart del CERN di Ginevra. Que-
questo lo spunto per decidere di partire con un st’ultimo, come si vedrà fra breve, entrò a far
programma di ricerca sui plasmi. parte definitivamente del Laboratorio Gas loniz-
A Brunelli, Magistrelli e De Angelis si erano zati.
ben presto aggiunti i fisici Sergio Segre, che Nella fase di formazione del laboratorio, altri
aveva svolto la sua tesi di laurea in astrofisica, e collaboratori stranieri sono stati il prof. Franco
Ugo Ascoli che dal 1° novembre del 1957 opera- Rasetti, che a quell’epoca si trovava presso la
va a mezzo tempo come distaccato dalle Ferro- Johns Hopkins University di Baltimora, il quale
vie dello Stato. Si trattava quindi di far nascere si trattenne per circa un anno, e John Allen di
attorno a tale gruppetto un gruppo più consi- Harwell il quale si trattenne per sei anni. Negli
stente costituito anche da personale tecnico e anni successivi ci fu un costante flusso di vali-
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 32ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
dissimi ricercatori stranieri che collaborarono dirsi, sia in programmi che in personale, per cui
per periodi più o meno lunghi. era necessario trovare per esso una adeguata
All’inizio di novembre del 1957 Persico lasciò sede definitiva. Realisticamente le scelta sarebbe
la cattedra di Fisica Superiore per passare a quel- potuta cadere su uno dei due centri di Casaccia e
la di Fisica Teorica, la qual cosa comportò la di Frascati; in quest’ultimo già esistevano i Labo-
chiusura del laboratorio di Fisica Superiore. Tut- ratori Nazionali dell’INFN, dove era entrato in
tavia egli continuò efficacemente la sua opera di funzione il sincrotrone alla fine degli anni ‘50 e
contatti esterni e restò vicino al laboratorio pla- dove stava per essere costruito AdA, il primo
smi seguendone le attività. anello di collisione materia-antimateria ideato
Alla fine di novembre 1957 venne redatto dal da Bruno Touschek.
CNRN il documento: “C.N.R.N. - Laboratorio Gas Anche se, per diversi motivi, la scelta più
Ionizzati - Resoconti organizzativi e scientifici” logica sarebbe stata quella della Casaccia, una
(A12). Su questo documento vale la pena di sof- serie di considerazioni e di interventi portò in
fermarsi perché si tratta della prima relazione di definitiva a decidere per il centro di Frascati.
attività di quello che sarebbe poi diventato il Tutto ciò è ben descritto in una intervista a Bru-
Laboratorio Gas Ionizzati. Vediamone l’indice: nelli riportata nel volume Energia, ambiente, inno-
A) relazione generale; vazione: dal Cnrn all’Enea, a cura di Giovanni Pao-
B) relazione sui lavori sperimentali e teorici; loni [8].
C) relazione sugli studi (seminari, raccolta Accadde poi che nel 1959 fossero presi con-
bibliografica, informazioni); tatti con EURATOM, contatti che portarono
D) relazione sulla organizzazione del laborato- alla realizzazione di un contratto fra EURA-
rio; TOM e CNEN (nel 1960 il CNRN si era trasfor-
E) osservazioni. mato in CNEN). Quindi, quello che nell’estate
del 1960 si spostò da Roma a Frascati era il
Nelle sezioni A e B sono citati degli allegati Laboratorio Gas Ionizzati dell’EURATOM-
che però non sono risultati reperibili. CNEN, composto da alcune decine di persone,
con programmi di ricerca ben definiti ed artico-
A pagina 6 di questo documento si legge che lati in gruppi, con efficienti servizi tecnici e
in data 18 ottobre 1957 il Presidente e il Segreta- amministrativi, completamente autonomo (a
rio Generale del CNRN firmarono il documento parte i servizi di Centro come mensa, guardia-
costitutivo del “gruppo di ricerca sui gas ioniz- nia, riscaldamento, etc.) rispetto ai preesistenti
zati”. laboratori di Frascati dell’INFN. Direttore di
Nei primi mesi del ‘58 questo gruppo di ricer- questo Laboratorio era Bruno Brunelli, suo fon-
ca, guidato da Brunelli, si trasformò nel Labora- datore. Questa situazione rimase immutata
torio Gas Ionizzati con Direttore Bruno Brunelli. fino all’estate del l970.
Franca Magistrelli ricevette di conseguenza un Vediamo ora brevemente quale è stata le
secondo contratto, annuale, con decorrenza 15 ricerca svolta nel Laboratorio durante tutti gli
aprile 1958, nel quale si legge: “La S.V. è assunta a anni ‘60.
contratto presso il Comitato Nazionale per le Ricerche Data anche la presenza di alcuni ricercatori
Nucleari in qualità di Fisico, alle dipendenze del dipendenti dall’EURATOM, le attività furono
Laboratorio Gas Ionizzati” (A26). suddivise in tre diversi filoni:
Come risulta dalle relazioni relative ai trime- 1) Il Programma A, svolto da personale CNEN.
stri luglio-agosto-settembre (A32) e ottobre- Esso comprendeva:
novembre-dicembre (A39) 1958, del Laborato- • Studi riguardanti la conversione diretta di
rio Gas Ionizzati facevano parte i fisici J.E. energia, sia per via termoionica che per via
Allen, U. Ascoli, A. De Angelis, F. Magistrelli e magnetoidrodinamica. Alla fine solo que-
S. Segre. Al direttore B. Brunelli si affiancavano st’ultimo metodo fu portato avanti e costi-
quali consulenti scientifici Enrico Persico e tuì l’attività di un Laboratorio a sé stante;
Edoardo Amaldi. Il personale tecnico era rap- per cui il Laboratorio Gas Ionizzati si tra-
presentato da A. Bernardini, L. Capuani, A. sformò nei Laboratori Gas Ionizzati. A
Mola, F. Pieralisi. seguito di questo i ricercatori che costitui-
Naturalmente con il passare del tempo questo vano il gruppo conversione termoionica
Laboratorio continuò ad evolversi e ad ingran- abbandonarono i Laboratori;
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 33ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
• l’esperimento chiamato CARIDDI, consi- condotto nei laboratori di Frascati, ma in
stente in un dispositivo del tipo $-pinch 1 un apposito bunker costruito a Colleferro.
in cui veniva studiata la propagazione di 3) Il Gruppo Teorico, che svolgeva appunto
onde d’urto senza collisioni in un campo ricerca teorica in buona parte riguardante gli
magnetico.; esperimenti che venivano condotti in labora-
• alcuni esperimenti avevano poi riguardato torio.
fin dall’inizio le condizioni al contorno di
un plasma in presenza di campo magneti- 3.1.2. Fisica della fusione nucleare
co; studi che venivano condotti prevalen-
temente in archi a vapori di mercurio. Suc- Verso la fine degli anni ‘60 la ricerca nel Labo-
cessivamente il lavoro di questo gruppo di ratorio Gas Ionizzati sempre di più si orientò
ricerca si orientò su esperimenti riguar- verso lo studio della fusione termonucleare con-
danti le onde nei plasmi, eseguiti su pla- trollata, concentrandosi in particolare, nell’ambi-
smi quiescenti; to del confinamento magnetico, su dispositivi di
• la ricerca, di notevole importanza, condot- tipo tokamak. Nel 1968 infatti era apparso chiaro
ta in quello che era nato nel 1958 come il dalla ricerca che si svolgeva nel mondo che le
Gruppo di Ottica e Spettroscopia, nel configurazioni toroidali, in particolare i toka-
quale per diversi mesi era venuto a lavora- mak, avevano superiori qualità e permettevano
re Franco Rasetti. In questo gruppo fu rea- di studiare importanti aspetti della fisica dei pla-
lizzato l’esperimento “Hot-Ice”, nel quale smi termonucleari.
si studiava l’interazione con la materia La ricerca sul confinamento magnetico svolta
costituita da un cilindretto di deuterio soli- a Frascati ha riguardato e riguarda sia i tokamak
do con un fascio laser di potenza. Questa compatti ad alto campo magnetico che i grandi
ricerca si pone nel filone degli studi sulla tokamak.
produzione di energia da fusione median-
te confinamento inerziale: studi che sono A) Ricerca con Tokamak Compatti
proseguiti negli anni a Frascati. Nell’ambito di questo filone di ricerca sono
2) Il Programma B, condotto per la maggior stati realizzati i tokamak FT e FTU, ed è stato
parte da ricercatori EURATOM sotto la guida progettato il tokamak Ignitor.
di Linhart, comprendeva essenzialmente due • FT – Nella tarda estate del 1968 Coppi e
esperimenti: Brunelli, durante la Conferenza IAEA a Novosi-
• MIRAPI (MInimum RAdius PInch); Pla- birsk, a causa di un disguido nelle prenotazioni,
sma Focus - Si produceva l’implosione di si trovarono a condividere la stessa stanza di
una corteccia cilindrica di plasma verso albergo.
l’asse di simmetria (Z-pinch cavo) median- Essi ebbero così l’occasione per cominciare a
te la scarica di un banco di condensatori. parlare della possibilità di avviare a Frascati una
Questo esperimento si trasformò in un linea di ricerca sui plasmi confinati magnetica-
Plasma Focus, nel quale, operando con mente; argomento sul quale a Frascati non esi-
deuterio si producevano per reazione di steva ancora alcuna tradizione.
fusione 1011 neutroni per impulso. Queste conversazioni continuarono successi-
• MAFIN (MAgnetic Field INtensification) - vamente, e furono seguite da un seminario di
Qui elevati campi magnetici (dell’ordine Coppi all’Università di Roma riguardante le
dei milioni di gauss) venivano ottenuti linee sperimentali più promettenti ai fini di un
mediante l’impiego di esplosivi. Questo ulteriore sviluppo finalizzato a produrre plasmi
esperimento naturalmente non veniva capaci di bruciare per reazioni di fusione.
1 Uno dei primi sistemi per confinare un plasma portandolo ad elevati valori di densità e temperatura, è stato quello basa-
to sull’effetto di compressione (pinch effect). Si sfrutta qui l’interazione tra la corrente che fluisce in un tubo di scarica e il
campo magnetico generato dalla corrente stessa. Questa interazione genera, come è noto, una forza che comprime il pla-
sma verso l’asse del tubo. Esistono due tipi di pinch. Nello Z-pinch un campo elettrico applicato lungo l’asse del tubo pro-
duce una corrente che a sua volta dà luogo ad un campo magnetico azimutale. Nel $-pinch invece, il campo magnetico è
creato da una corrente che fluisce in direzione azimutale in una bobina posta al di fuori del tubo di scarica.
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 34ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
Nel 1969 Coppi passò al MIT di Boston dove lui chiamata Ignitor, il cui scopo è quello, impor-
effettuò il progetto e iniziò lo sviluppo di ALCA- tantissimo, di realizzare e studiare un plasma in
TOR, un tokamak capace di studiare nuovi regi- condizioni di ignizione. A questo proposito, nel
mi di confinamento grazie alla combinazione di capitolo 7 (“The entrepreneurs”) del libro The man-
alti campi magnetici, dimensioni compatte, e made sun di T. A. Heppenheimer [10], l’autore
dell’invenzione di un sistema di campi magneti- racconta come e quando Coppi abbia concepito
ci poloidali chiamato comunemente “air-core l’idea di Ignitor: “Coppi was a man who could easily
transformer”. bubble over with ideas, and right then he was parti-
Nel frattempo egli aderì alla proposta fattagli cularly ebullient. He wanted to follow up his Alcator
da Brunelli e dal professor Carlo Salvetti, allora success by building a new tokamak, which he called
vice-presidente del CNEN, di pensare a un espe- the Ignitor”.
rimento con plasmi toroidali da realizzare a Fra- Nel 1976 Coppi propose la realizzazione di
scati. Questo studio condusse alla realizzazione questa macchina in Italia, e per la sua progetta-
del tokamak che sarebbe poi stato chiamato FT zione mise insieme un gruppo di individui di
(Frascati Torus). diverse affiliazioni (enti scientifici, università,
La realizzazione di FT comportava natural- industrie) sia italiane che estere. Questo gruppo,
mente un notevole cambiamento nella struttura di cui egli era il “principal investigator” e del
e nella organizzazione del Laboratorio. Si tratta- quale dirigeva quindi tutto il lavoro scientifico-
va infatti di passare da un programma consi- tecnico, faceva capo, sul piano gestionale, all’al-
stente in vari esperimenti di dimensioni relativa- lora CNEN. Questa situazione è rimasta immu-
mente piccole ad un altro costituito da un’unica tata nel tempo anche se, naturalmente, la com-
macchina di notevoli dimensioni sulla quale si posizione del gruppo è cambiata con il passare
dovevano concentrare gli sforzi di tutto il Labo- degli anni.
ratorio, fatta eccezione del programma Hot-Ice Ignitor è concepito per produrre plasmi ad
che rimaneva inalterato. alta densità. Quello delle macchine ad alta den-
Nell’estate del ‘70 purtroppo Brunelli abban- sità è uno dei maggiori filoni di ricerca negli
donò la direzione dei Laboratori Gas Ionizzati e Stati Uniti e il maggiore in Italia. Ora questa
fu sostituito dall’ing. Romano Toschi che in pre- linea è stata riscoperta sperimentalmente in
cedenza dirigeva il Laboratorio Conversione Giappone ed è intensamente seguita per lo stu-
Diretta. dio di reattori di potenza funzionanti in questi
Nel 1971 Coppi accettò l’invito di Salvetti di regimi. Attualmente Ignitor è l’unico dispositi-
trascorrere, nell’estate, un periodo di circa due vo in grado di raggiungere e studiare sperimen-
mesi a Frascati. Alla fine di questo periodo egli talmente le condizioni di ignizione in un pla-
arrivò alla definizione di tutti i parametri essen- sma di deuterio-trizio con l’impiego di tecnolo-
ziali della macchina [9]. Principale collaboratore gie oggi disponibili e sulla base delle attuali
di Coppi in questo lavoro fu Giovan Battista conoscenze di fisica del plasma. Un successo di
Righetti. questo esperimento equivarrebbe quindi alla
La macchina FT è entrata funzione nel 1977. dimostrazione della fattibilità scientifica della
Dal 1981 al 1983 FT ha detenuto il record di para- fusione termonucleare controllata. Un esperi-
metro di confinamento più elevato: circa 4x1013 mento inteso a produrre un plasma ignito,
s/cm3 con una temperatura ionica un po’ supe- quale appunto è appunto Ignitor, deve necessa-
riore ad 1 keV. riamente precedere la progettazione di un reattore a
• FTU – Alla fine degli anni ’80 venne varato fusione.
il progetto FTU (FT Upgrade) avente lo scopo di In macchine compatte ad alta densità e alto
studiare il riscaldamento del plasma con sistemi campo magnetico, quali ALCATOR ed Ignitor,
a microonde. FTU è entrato in funzione nel 1990 vengono prodotti “plasmi termonucleari”, nei
ed è tuttora operante. quali il riscaldamento è dovuto essenzialmente
• Ignitor – Nel 1976 Coppi concepì l’idea di alle particelle .
proseguire sulla sua linea dei dispositivi com- Una critica che spesso viene fatta, erronea-
patti ad alto campo magnetico, andando oltre la mente, a Ignitor è che in esso il tempo di brucia-
realizzazione della macchina ALCATOR A del mento è troppo breve per essere di interesse reat-
MIT, con la progettazione di una macchina, da toristico. E qui sta appunto l’equivoco. In una
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 35ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
critica di questo tipo si ignora il fatto che Ignitor dea di sviluppare reattori a deuterio-elio3, come
non è un reattore, bensì un esperimento concepito dimostrato dalle recenti dichiarazioni di interes-
in modo che il suo tempo di bruciamento superi se dei gruppi cinesi e indiani responsabili per le
tutti gli intrinseci tempi fisici [11]. Un ipotetico due rispettive missioni di esplorazioni del suolo
futuro reattore potrebbe anche essere assai diver- lunare. Uno degli scopi dichiarati è infatti l’e-
so da Ignitor; magari non essere neppure un strazione di elio3, il combustibile più “appetibi-
tokamak. Potrebbe per esempio essere uno stel- le” per la fusione nucleare.
larator, un dispositivo che è tornato alla ribalta Si noti a questo riguardo che Coppi ha dedi-
da diversi anni. Si pensi al W7-X tedesco [12] e cato molto tempo allo studio del dispositivo da
all’LHD giapponese [13]. lui chiamato Candor, tokamak compatto ad alto
I parametri principali di Ignitor sono: campo magnetico funzionante con deuterio-
elio3 [9].
R0=1,32 m a=0,47 m b=0,86 m Per l’ubicazione di Ignitor in Italia esistono in
BT=13 T Ip=11MA realtà diversi siti dotati di nodi di potenza a cui
poter allacciare una macchina come Ignitor, che
Attualmente di Ignitor esiste un progetto e ha bisogno di potenze elevate. Uno dei siti privi-
sono stati costruiti, in scala 1:1, i prototipi dei legiati è Caorso, nei pressi di Piacenza, dove c’è
suoi principali componenti. un reattore smontato nonché un edificio dove,
Accenniamo ora ad altre possibilità che ver- con opportune modifiche, si potrebbe alloggiare
rebbero offerte dall’esperimento Ignitor. la macchina. Quindi Caorso si presenta come il
Vi sarebbe intanto un interesse puramente sito naturale per realizzare un tokamak capace di
scientifico riguardante gli studi di astrofisica. accendere.
Infatti, dagli esperimenti di accensione di cui Quanto poi al costo di Ignitor, esso è senz’al-
Ignitor è il prototipo, ci si può attendere di otte- tro di gran lunga inferiore a quello prevedibile
nere, sulla base di passate esperienze, anche per un grande tokamak. Non esiste al momento
importanti contributi alla comprensione di feno- un altro approccio basato sul confinamento
meni di rilievo in astrofisica, per esempio nel- magnetico capace di arrivare a studiare plasmi in
l’ambito dei brillamenti solari e della dinamica condizioni di ignizione.
dei plasmi con alte energie che costituiscono la Per la realizzazione di Ignitor si è aperta di
principale componente di materia luminosa recente una ulteriore possibilità. Infatti, il 26
negli ammassi di galassie. aprile 2010 si è tenuto a Milano un summit Italia-
Nella prospettiva, poi, di identificare e Russia con lo scopo di procedere con il program-
costruire un reattore che produca energia, è evi- ma Ignitor. I partecipanti a questo summit erano:
dente che la “Fisica del Reattore” (usando una per parte russa il primo ministro Putin, il primo
terminologia ben nota nel campo dei reattori a ministro aggiunto I. Sechin, il ministro per l’e-
fissione) che emergerà dagli esperimenti con nergia S. Shmatko, il vice ministro per l’istruzio-
Ignitor sarà direttamente applicabile al reattore ne e la ricerca S.N. Mazurenko. Per parte italiana:
di potenza. il primo ministro Berlusconi, il consigliere del
Infine, una possibile utilizzazione a termine primo ministro per gli esteri V. Valentini, il mini-
relativamente breve di un reattore a fusione può stro per l’istruzione e le ricerca M. Gelmini. L’ac-
essere la produzione di neutroni al fine di gene- cordo è stato firmato dai ministri Gelmini e
rare materiale fissile. Mazurenko. In base a questo accordo Ignitor sarà
La filiera delle macchine con alti campi costruito nel sito di Troitsk, vicino Mosca.
magnetici rappresentata da Ignitor offre, al
momento, l’unica possibilità di svilupparsi in B) Ricerca con i Grandi Tokamak
una linea di reattori che minimizzano l’uso del Dopo la realizzazione di FT, la ricerca fusioni-
trizio (cosiddetti tritium poor). Infatti le difficoltà stica portata avanti dall’ENEA (nel 1982 il CNEN
associate a miscele combustibili al 50/50 deute- si era trasformato in ENEA), iniziò a orientarsi
rio-trizio sono ben note (80% dell’energia fornita prevalentemente verso il filone dei grandi toka-
attraverso neutroni veloci, incertezza sulla fatti- mak stabilendo delle collaborazioni in campo
bilità di un metodo affidabile per la produzione internazionale riguardanti i tokamak JET (Joint
di trizio, ecc.). Inoltre rimane attraente anche l’i- European Torus) e ITER (International Thermo-
nuclear Experimental Reactor).
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 36ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
• JET – È il grande tokamak realizzato dalla drive. I parametri che caratterizzano questa mac-
Comunità Europea nel centro di Culham in china dovrebbero essere:
Inghilterra. Ha cominciato a operare nel 1983 ed
è tuttora operante con i seguenti parametri carat- R0=1,82 m a=0,64 m Ip=6,5 MA
teristici: BT =7,5 T
R0=2,96 m a= 0,96 m b=2,l m Si tratterebbe, secondo i proponenti, di una
Ip=6 MA BT =4 T facility satellite di ITER., da realizzarsi prima di
questo e quindi entro il 2019, che dovrebbe poi
funzionare in parallelo con esso. Sempre secon-
• ITER – È scaturito nel 1985 da un incontro
do i proponenti, FAST dovrebbe abbreviare il
tra Reagan e Gorbachev. Inizialmente si doveva
tempo necessario ad ITER per effettuare il suo
trattare di un tokamak di grandissime dimensio- programma scientifico. Il costo di FAST sarebbe
ni (R0≈6 m) con un costo dichiarato di 10 miliar- di 326 M€; ma è probabile che un’analisi dei
di di dollari e, secondo i proponenti, era previsto costi aggiornata, che tenga anche conto di tutto
che avrebbe raggiunto l’ignizione. Successiva- quanto è necessario per questo impianto (p. es. il
mente difficoltà insorte, non solo di carattere potenziamento della rete elettrica di connessione
economico ma anche di carattere tecnico-scienti- del Centro di Frascati con la rete elettrica nazio-
fico (dimostrata insorgenza di instabilità [14] nale), porti a cifre ben maggiori di questa.
[15]), hanno portato alla decisione di progettare A parte ogni considerazione di carattere eco-
un tokamak ridimensionato (ITER-FEAT) dichia- nomico, sulla proposta di questa macchina si
ratamente non inteso per il raggiungimento del- possono anche fare diverse obiezioni di carattere
l’ignizione. Non esiste a tutt’oggi un progetto scientifico, in quanto FAST non è progettato per
definitivo; tuttavia i parametri caratteristici produrre plasmi capaci di bruciare per reazioni
dovrebbero essere: di fusione [19].
3.2. Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldiro-
R0=6,2 m a=2 m Ip=15 MA
la”, Milano
BT =5,3 T
L’Istituto venne costituito nel 1970 come
Attualmente all’impresa partecipano 7 part- Laboratorio di Fisica del Plasma ed Elettronica
ner (UE, USA, Russia, Giappone, Cina, India e Quantistica sotto la direzione del professor Piero
Corea del Sud). Come sito è stato scelto, nel 2005, Caldirola, con due sezioni distinte, una dedicata
il centro nucleare di Cadarache, in Francia. al plasma presso l’Università di Milano, e una
Quando, nel 2006, il progetto fu varato, si pre- all’elettronica quantistica presso il Politecnico di
vedeva che il costo per la costruzione sarebbe Milano. Nel 1975 le due sezioni divennero auto-
stato di 5 miliardi di euro. Ma attualmente que- nome e quella dei plasmi mantenne la denomi-
sto costo è stato ufficialmente valutato a 15 nazione di Laboratorio di Fisica del Plasma. Nel
miliardi di euro [16]. La EU, contribuente princi- 1976 iniziò la collaborazione europea nell’ambito
pale al progetto, dovrà di conseguenza pagare della associazione EURATOM-CNR, costituita
assai di più dei 2,7 miliardi di euro inizialmente insieme all’Istituto Gas Ionizzati di Padova. Nel-
previsti. l’ambito. di questa associazione fu realizzato il
tokamak THOR [20], che operò fino al 1989, e che
era caratterizzato dai seguenti parametri:
• Altre proposte: FT3/FAST - Dopo una prima
proposta del tokamak FT3 nel 2006 [17], nel 2008
R0=0,2 m a=0,16 m Ip=0,05 MA
l’ENEA ha proposto la realizzazione di un toka- BT =1,1 T
mak simile a FT3, denominato FAST (Fusion
Advanced Studies Torus) [18]. Questo tokamak Nel 1985 si costituì l’associazione
dovrebbe funzionare con solo deuterio ed avreb- EURATOM-ENEA-CNR. Nell’ottobre 2001 l’Isti-
be lo scopo di simulare la dinamica delle parti- tuto venne confermato nella denominazione
celle usando deuteroni veloci accelerati con attuale di Istituto di Fisica del Plasma “Piero Cal-
riscaldamento ausiliario o con sistemi current dirola” (IFP).
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 37ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
L’esperienza acquisita su THOR ha consenti- II Consorzio contribuisce poi al programma
to dì progettare, scientificamente e tecnologica- ITER, in particolare con dispositivi di riscalda-
mente, l’esperimento di riscaldamento addizio- mento del plasma mediante iniezione di atomi
nale del tokamak FTU, con finanziamento priori- neutri (Neutral Beam Injection, NBI) [21].
tario EURATOM.
Sempre per quanto attiene alla ricerca fusio-
nistica con dispositivi tokamak è stata consisten- 4. CONCLUSIONI
te l’attività riguardante la progettazione di Igni-
tor nell’ambito del gruppo di lavoro, guidato da È trascorso più di mezzo secolo da quando
Coppi, del quale si è già parlato. all’Istituto di Fisica della Università di Roma il
gruppetto di ricercatori costituito da Brunelli,
Magistrelli e De Angelis, su ispirazione di Persi-
3.3. Consorzio RFX, Padova co, diede inizio ad una attività di ricerca riguar-
dante la fisica del plasma. E, come si è visto, que-
Il Consorzio RFX di Padova [21] è stato costi- sto gruppetto si ampliò ben presto fino a diven-
tuito alla fine degli anni ‘70 dall’ENEA, dal CNR tare, agli inizi del 1958, il Laboratorio Gas Ioniz-
(in particolare dall’Istituto Gas Ionizzati), dall’U- zati del CNRN con sede provvisoria a Roma e
niversità di Padova e dalle Acciaierie Venete poi, nel 1960, il Laboratorio Gas Ionizzati EURA-
S.p.A., nel quadro dell’associazione con EURA- TOM-CNEN, con sede definitiva a Frascati.
TOM. Attualmente operano nel Consorzio 150 Questo rapido progresso iniziale è da attri-
persone (80 ricercatori). Nel 2006 sono entrate buirsi in buona parte all’entusiasmo e alla origi-
nel Consorzio 20 dipendenti dell’INFN. nalità dei componenti del Laboratorio, ma
Scopo di questo Consorzio era quello di speri- soprattutto alla efficacia e alla saggezza della
mentare su un dispositivo del tipo RFP (Reversed direzione del professor Bruno Brunelli.
Field Pinch) [21]. Negli anni dal 1974 al 1984 erano Con pari entusiasmo e pari originalità si è poi
state realizzate le macchine ETA-BETA I e ETA- continuato a lavorare al Laboratorio Gas Ioniz-
BETA II. In questa seconda in particolare si è stu- zati praticamente per tutti gli anni ’60.
diata la cosiddetta “fase quiescente”, precedente- A questo proposito è significativa la testimo-
mente apparsa nella macchina ZETA inglese [21]. nianza di A. Baños jr. dell’Office Naval Research
I risultati ottenuti hanno incoraggiato la di Londra, incaricato di visitare i laboratori di
costruzione della macchina RFX (Reversed Field tutto il mondo per stilare rapporti tecnici sull’at-
Experiment), più grande. Nel 1984 la realizzazio- tività di ricerca. Baños aveva visitato una prima
ne di RFX fu approvata con il supporto di volta il laboratorio sui plasmi all’Istituto di Fisi-
EURATOM; i finanziamenti furono assicurati ca di Roma nel 1958. Successivamente, nel 1968,
per il 45% da EURATOM e per il 55% da ENEA. era tornato a visitare a Frascati il Laboratorio Gas
La costruzione è durata dal 1985 al 1991 e ha Ionizzati EURATOM-CNEN. Dopo questa
comportato una spesa di 100 miliardi di lire. seconda visita egli scrisse un rapporto (A59) di
Parametri caratteristici sono raggio maggiore del cui riportiamo alcuni passaggi dalle considera-
toro 2 m, raggio minore del toro 0,5 m, massima zioni introduttive:
corrente di plasma 1 MA, massimo campo
magnetico toroidale 0,7 T. RFX è la prima mac- “At that time, spring of 1958, there was at the
china di tipo RFP di grandi dimensioni che rag- Institute a small plasma physics laboratory with a
giunge una corrente di plasma di 1 MA e la total scientific staff of three persons: Dr. Bruno Bru-
sostiene per qualche decimo di secondo. nelli, in charge of the group; Dr. Sergio Segre working
Nel 1999 un incendio distrusse buona parte on the theory of hydromagnetic shocks, and Dr. F.
degli impianti elettrici di alimentazione. Nel Magistrelli who had already initiated her experimen-
2004, dopo la ricostruzione, si è realizzato l’RFX tal studies of waves in plasma columns.
mod. Con questa macchina è stata acquisita una Today Brunelli is Director of the Laboratori Gas
notevole esperienza nella tecnologia del control- Ionizzati and his scientific staff numbers more than a
lo attivo della instabilità magnetoidrodinamica hundred qualified researchers. It was extremely gra-
del plasma, controllo realizzato mediante un tifying to return to Rome ten years later to find such
opportuno sistema di bobine magnetiche dispo- a fine laboratory at Frascati, where Brunelli, Segre,
ste sulla camera toroidale. Magistrelli, and their collaborators are engaged in
L. Bonolis, F. Magistrelli: La fusione 38ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3-4/2010
what appears to us to be a most significant and perti- che ha portato tutto il mondo della ricerca fusio-
nent research program, theoretical and experimental, nistica ad orientarsi, prevalentemente, su pro-
in basic and applied plasma physics.” grammi basati su dispositivi di enorme mole e
impegno finanziario, ma di discutibile utilità, dal
Baños ricavò una notevole impressione dalla momento che essi non mirano al raggiungimen-
sua visita ai Laboratori (“we came home duly to dell’ignizione. Va tuttavia riconosciuto che
impressed from our visit”), come appare eviden- l’ENEA ha riservato un certo spazio alla proget-
te dalle considerazioni conclusive: tazione della macchina Ignitor. Però lo ha fatto
con scarsa efficienza gestionale, senza dare a
“We had visited similar laboratories in the Soviet questo programma l’attenzione che avrebbe
Union, in the Scandinavian countries, in the Conti- meritato.
nent of Europe, and of course, in the United King- In questo lavoro si è voluto ripercorrere la sto-
dom. As stated in the introduction to Section 4, we ria della ricerca fusionistica in Italia a partire dai
believe that the Frascati Laboratory has achieved, for suoi inizi. E così è stato possibile riempire alcune
its limited size and scope, an enviable reputation for lacune e correggere alcune distorsioni che molte
scientific excellence that places Frascati among the volte inquinano l’informazione corrente.
leading plasma physics laboratories of the world.” In particolare, si è voluto anche mettere bene
in luce l’importanza del ruolo svolto nella nasci-
Purtroppo l’entusiasmo che aveva caratteriz- ta e nello sviluppo della ricerca fusionistica ita-
zato lo svolgimento della ricerca durante questi liana da tre personaggi di grande rilievo. Parlia-
primi tredici anni è andato col tempo attenuan- mo naturalmente dei professori Enrico Persico,
dosi, schiacciato ormai da una “globalizzazione” Bruno Brunelli, Bruno Coppi.
Enrico Persico Bruno Brunelli Bruno Coppi
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