Al CERN per parlare di Superconduttività
 e Trasferimento Tecnologico

(pubblicato su MAIN News n. 13)

Il CERN di Ginevra è il più grande Centro di Ricerche del mondo.  Con i suoi quasi 2.500 dipendenti diretti e gli oltre 12.000 collaboratori provenienti da tutti e cinque i Continenti, è una vera e propria città racchiusa nel famoso anello della lunghezza di 27 km che gira tra Svizzera e Francia a circa 100 m sotto il livello del suolo.  L’età media dei ricercatori è 29 anni e si avverte una freschezza, una vivacità, una voglia di esplorare davvero unica.

Ho avuto la possibilità di parlare a lungo con diversi ricercatori che si occupano di materiali nanostrutturati, misure non-distruttive, gestione della più impo-nente architettura informa-tica esistente al mondo, il GRID, inventato qui per gestire una incredibile mole di dati generati durante gli eventi di collisione protone-protone che avvengono dentro l’enorme anello LHC (Large Hadron Collider) e che sono registrati attraverso delle macchine incredibilmente sofisticate come ATLAS, CMS, Alice.

Emilio Sassone Corsi di fianco alla macchina di criogenia che consente di abbassare la temperatura interna di LHC a circa 2 K

Ho una guida d’eccezione: il Prof. Lucio Rossi, fisico, professore all’Università di Milano e ormai da oltre venti anni al CERN come Capo del “Magnets, Cryostats and Superconductors Group”.

Rossi: il mio ruolo è quello di project leader di High Luminosity LHC. Significa generare una configurazione della macchina che comporterà maggiore potenza. È come truccare una Ferrari per farla andare ancor più veloce. Ci vogliono dieci anni per realizzare questo progetto, e ci stiamo già lavorando da cinque…

ESC: partiamo dall’inizio: spiegami cosa sono i superconduttori?

Rossi: i superconduttori sono dei particolari materiali che, in determinate condizioni, perdono la resistenza elettrica.  Quindi possono portare delle correnti anche intensissime senza dissipare e senza scaldarsi.   Le condizioni affinché questo accada sono però davvero particolari: il materiale deve essere molto freddo, intendo a 2K, circa -271°C, la temperatura dell’Elio superfluido, vicinissimo allo 0 assoluto.  Iniziano ad esserci superconduttori che funzionano anche con l’Azoto liquido, che liquefà a circa -200 °C. Questo è un materiale già molto diffuso ad esempio in ospedale per stoccare le cellule o con cui viene fatta la crioterapia.  A questa temperatura però i materiali supercon-duttori non hanno ancora le giuste proprietà per poter essere usati.  Bisogna andare a  -240-250 °C per poter lavorare bene.

ESC: a cosa servono i superconduttori all’interno di LHC?

Emilio Sassone Corsi durante la visita ai laboratori di superconduttività del Prof. Rossi

Rossi: inviando un’enorme quantità di corrente all’interno dei superconduttori, si possono fare dei magneti potentissimi che possono arrivare quasi a 10 Tesla (il magnetismo terrestre è circa un centomil-lesimo di Tesla).  Se non avessimo adottato la superconduttività per LHC, per ottenere la stessa potenza magnetica avremmo dovuto costruire cavi di rame da mezzo metro di diametro e sarebbe stata necessaria una centrale nucleare di 1 GW per alimentare un anello che sarebbe dovuto essere del lungo circa 100 km.  Tutto l’impianto di criogenia, invece, con i superconduttori consuma 50MW.

ESC: come questo tipo di tecnologia può essere utile nel mondo industriale?

Rossi: applicazioni industriali ce ne sono già nel settore medico. La risonanza magnetica è molto spesso basata su superconduttori.  Molti non sanno che, entrando in una macchina per la risonanza magnetica, è come entrare in un LHC, molto meno potente ma basato sugli stessi principi e raffreddato ad elio liquido.  Un’altra applicazione è l’adroterapia, una cura per una particolare classe di tumori radioresistenti basata su fasci di protoni. Ci sono, solo in Italia, circa diecimila persone all’anno che dovrebbero essere curate con questo tipo di trattamento.

Il Prof. Rossi davanti ad una sezione del tubo di LHC

I superconduttori potrebbero essere usati anche in settori più industriali, come il trasporto di energia e nei cosiddetti fault current limiter, che sono dei limitatori di corrente quando c’è un guasto.  Oggi circa il 10% di energia elettrica viene dissipata durante il trasporto, solo per l’Italia ciò corrisponde a 2-3 centrali nucleari.  Con i superconduttori si potrebbe risparmiare quasi tutta questa energia, tranne che per la porzione di energia che deve servire per mantenere il freddo.  La superconduttività è però amica del trasporto in corrente continua che ha anche il vantaggio di non generare  inquinamento elettromagnetico.  Soprattutto in alcuni Paesi, dove i cavi sono inseriti in canalina, avere la possibilità di utilizzare la stessa canalina inserendo un cavo superconduttore di potenza molto maggiore senza rifare tutta la canalina significa un risparmio notevolissimo.

Poi ci sono le applicazioni relative all’accumulo come i superconductive magnetic energy storage.  Bisognerebbe avere qualche grossa industria che vuole investire in queste nuove tecnologie, anche a costo che le prime applicazioni sono antieconomiche.

ESC: ci sarà mai la possibilità di avere superconduttori a temperatura ambiente?

Rossi: questo è una specie di Sacro Graal per chi si occupa di superconduttività.  Gli USA hanno proprio recentemente investito molti soldi per ricercare questa possibilità.  Altri ricercatori hanno previsto che, anche se si trovasse, sarebbe molto poco utilizzata.  In realtà la soluzione migliore sarebbe quella di utilizzare la superconduttività alla temperatura dell’Azoto liquido, facendo capire agli industriali del settore energetico che non è poi così difficile farlo.  Quelli che lavorano nel settore medicale l’hanno già capito.

Emilio Sassone Corsi nello studio del Prof. Rossi

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