Superconduttività per lo sviluppo sostenibile della fusione magnetica

In tokamak devices, a plasma, a fully ionized gas, is confined by intense magnetic fields. When certain conditions are achieved in tokamaks (the plasma needs to be hot, dense and well confined), energy can be extracted. To make magnetic fusion economically feasible, it is necessary to reduce the energy consumption of magnets. The energy consumption of a magnet is strictly related to its electrical resistivity. With zero resistivity, the magnets’ energy consumption would be zero and, furthermore, there would not be any heat generated within the magnets. The use of superconducting magnets in magnetically confined fusion represents a turning point since superconductivity, which grants zero resistivity at low temperatures, is able to fulfill the demanding requirements of modern tokamaks. After a a review of the most important phenomenological theory of superconductivity, in this thesis the main properties of superconducting magnets are covered, including the description of their most common designs currently used in the most important magnetically confined fusion experimental reactors and some possible future developments regarding this technology.

Nei tokamak il plasma, un gas completamente ionizzato, è confinato da campi magnetici. Quando in un tokamak vengono raggiunte certe condizioni (il plasma deve essere caldo, denso e ben confinato) è possibile estrarre energia. Affinché l’economia della fusione sia fattibile, è assolutamente necessario ridurre il consumo energetico dei magneti. Il consumo energetico di un magnete è direttamente correlato alla resistenza elettrica. Senza resistenza, il consumo elettrico scenderebbe a zero e, come ulteriore vantaggio, non verrebbe generato calore nei magneti. In questo contesto, l’uso dei magneti superconduttori rappresenta un punto di svolta: la superconduttività, che consente alla corrente di fluire senza resistenza a basse temperature, consente agli elettromagneti di soddisfare gli esigenti requisiti dei moderni tokamak. Dopo aver trattato le principali teorie fenomenologiche riguardanti la superconduttività, in questo elaborato vengono descritte le principali caratteristiche dei magneti superconduttori, i design che attualmente sono utilizzati nei principali progetti di fusione a confinamento magnetico e alcuni possibili sviluppi futuri della tecnologia.