Utilizzo di Cavi Superconduttivi per l'alimentazione di bobine di Campo Magnetico Toroidale in reattori di tipo Tokamak per applicazioni di Fusione Nucleare

Abstract

Il seguente elaborato ha lo scopo di analizzare le problematiche di alimentazione di un reattore a fusione nucleare di tipo tokamak, tramite l’adozione di cavi costituiti da materiale superconduttore, MgB2, in una matrice in Monel-Ni, operante a temperature criogeniche, sfruttando i principi della superconduttività, al fine di veicolare correnti nell’ordine delle decine di kA, utili alla generazione degli opportuni campi magnetici di confinamento del plasma. Aspetto fondamentale di quest’ultima soluzione sarà l’analisi termofluidodinamica del sistema di raffreddamento, con l’utilizzo di elio supercritico (SHe), che refrigererà una “bus-bar”, posta fra le apparecchiature di alimentazione della macchina e l’ingresso ad una “Valve Box” di una bobina di campo magnetico toroidale (TF coil), operante in DC, in un’ottica di ottimizzazione dello sfruttamento della quantità di elio a disposizione. Lo studio è stato portato avanti in collaborazione con Columbus A.S.G. Superconductors S.p.A., mentre la parte analitica è stata sviluppata tramite Excel VBA e poi numericamente validata tramite il software “OPENSC2”, sviluppato dal Politenico di Torino.

The following paper aims to analyze the power supply problems of a tokamak type nuclear fusion reactor, through the adoption of cables made up of a superconducting material, MgB2, inserted in a matrix in Monel-Ni, operating at cryogenic temperatures, exploiting the principles of superconductivity, in order to convey currents in the order of tens of kA, useful for generating the appropriate magnetic fields for plasma confinement. A fundamental aspect of this last solution will be the thermo-fluid-dynamic analysis of the cooling system, with the use of supercritical helium (SHe), which will refrigerate a “bus-bar”, located between the machine's power supply equipment and the input to a “Valve Box” of a toroidal magnetic field coil (TF coil), operating in DC, with a view to optimizing the exploitation of the quantity of helium available. The study has been carried out in collaboration with Columbus A.S.G. Superconductors S.p.A., while the analytical part has been developed using Excel VBA and then numerically validated using the “OPENSC2” software, developed by the Polytechnic of Turin.