Un tentativo di classificazione delle competenze nel nucleare da fissione

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Martino Giorgi
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1 Information & Communication Technology e Nucleare da Fissione: Dati di Base, Sviluppo degli impianti innovativi (Generation IV), progettazione di esperienze nei reattori da ricerca. Casaccia

2 Un tentativo di classificazione delle competenze nel nucleare da fissione Fisica del reattore Dati nucleari di base Modelli di fissione indotta da neutroni. Teoria delle reazioni a catena Controllo e sostentamento della reazione Teoria del reattore nucleare. Cinetica e Dinamica del reattore Safety Chimica Nucleare e Scienza dei Materiali Ingegneria Nucleare Ingegneria del nocciolo Termo-fluido Dinamica Termomeccanica Produzione di Energia Schermaggio Ciclo del Combustibile Smaltimento e trattamento scorie Safety Security Analisi Incidentale Materiali Strutturali Manifattura e Riprocessamento Combustibile Safety Fisica sanitaria e radioprotezione Studi di scenario Gestioni parco reattori Valutazioni economiche Impatto ambientale Accessi regolamentati alle zone protette Decontaminazioni Controlli sulla popolazione

3 Prima dell' ICT... c'era il CED (Centro Elaborazione Dati) E noi dinosauri. Facevamo simulazioni numeriche di Neutronica, FluidoDinamica e Termomeccanica. La platea era molto limitata e specialistica (Pensate al JCL). I dati nucleari erano appannaggio di caste da guerra fredda. Il supporto grafico era molto limitato e si macinavano numeri stampati su chili e chili di carta. La complessità d'uso del sistema rendeva difficile focalizzarsi sui risultati. La limitazione delle risorse era uno sprone allo sviluppo di metodi di calcolo efficienti. La posta elettronica era uno status symbol. Ma adesso che c'è ' ICT... Sono state proposte molte piattaforme unificate di calcolo per il nucleare (in realtà molte sono solo contenitori in cui va inserito il software tradizionale). I dati nucleari sono veramente unificati (vedi ad esempio il software JANIS) e facilmente consultabili). C'e la speranza di accoppiare (in senso effettivo) codici di neutronica con moduli Termomeccanici e Termoidraulici per progettazione, studi incidentali e gestione dei grandi rischi (Multi-Physics).

4 A cosa servono i reattori nucleari da ricerca Addestramento del personale Preparazione di sorgenti radioattive e traccianti Supporto alla chimica delle traccie Misure e verifica di dati nucleari Studi di danneggiamento di materiali (Aerospazio, contenitori plastici, elettronica, agricoltura) Medicina Nucleare Supporto al nucleare di Quarta Generazione A cosa ci servono gli strumenti di calcolo? A tagliare i costi sugli studi di fattibilità delle esperienze Noi dobbiamo valutare ciascuna esperienza in termini di sicurezza dell'impianto, radioprotezione del personale, significatività della misura, valutazione dei costi di realizzazione e di completo smaltimento dei materiali residui.

5 TAPIRO e il suo modello di simulazione (TAratura PIla Rapida potenza 0) Il nocciolo del reattore è costituito da una serie di dischi, di uguale raggio e diverso spessore, impilati uno sull altro e tutti realizzati in lega Uranio-Molibdeno. Il raffreddamento del nocciolo è assicurato da un flusso di Elio. Un riflettore neutronico cilindrico in Rame, suddiviso in una parte esterna ed una interna, circonda completamente il nocciolo. Il sistema di barre di controllo è ospitato nel cosiddetto riflettore interno. Si tratta di 5 pistoni di Rame che, mediante estrazione dal corpo del riflettore, possono incrementare o ridurre le fughe di neutroni dal nocciolo permettendo la regolazione di potenza del reattore. Il riflettore esterno è dotato di un settore rimovibile che permette l irraggiamento di campioni di grandi dimensioni.

6 Verifica sperimentale del modello di TAPIRO Confronto dei ratei di fissione 235U in Aria nel CR1 Confronto tra lo spettro energetico misurato in fondo al CR1 e quello stimato dal modello MCNPX nella stessa posizione.

7 Progettazione di una facility per misure di trasporto neutronico in Piombo nel reattore TAPIRO nel Vano Colonna Termica (VCT). La struttura in oggetto permetterà di studiare e verificare i dati nucleari del Piombo attraverso una serie di misure integrali utili nello sviluppo di reattori raffreddati a Piombo di quarta generazione( Lead Fast Reactor). TAPIRO possiede lo spettro neutronico veloce tipico dei LFR. Al fine di impostare la progettazione concettuale della facility bisogna osservare che: per il riempimento del volume dell intero VCT sarebbero necessari circa 2000 Kg di Piombo ad elevato grado di purezza; resta da valutare quali possano essere le variazioni nelle proprietà di trasporto in funzione della composizione isotopica e della densità di bulk del Piombo. Bisogna minimizzare la quantità di Piombo da impiegare mantenendo le condizioni di trasporto neutronico paragonabili a quelle del VCT completamente pieno. Per questo è stato effettuato uno studio parametrico sulle dimensioni del manufatto in Piombo mediante il modello MCNPX del reattore.

8 Studio parametrico in colonna termica

9 Valutazione Generale Il costo di una giornata di irraggiamento n TAPIRO è di circa 2000 Euro. Anche limitandosi ad usare foglie di Oro per misurare il flusso lungo le traverse ciascuna esperienza dovrebbe durare almeno 2 giorni. Per ciascuna esperienza servono almeno 10 dischi di oro ultrapuro ( Euro). Eseguendo tutte le esperienze simulate bisognerebbe eseguire una campagna sperimentale di 20 giorni (senza calcolare I giorni per montare le varie configurazioni e manipolare I campioni di oro) quindi circa Euro. I campioni di oro attivati vanno misurati mediante spettrometria gamma ( Euro). Costo del piombo a purezza elevata (attualmente non quantificabile, 1 m3 al CERN è costato più di Franchi Svizzeri ) Stima costo approssimativo Euro. Le simulazioni presentate sono state eseguite in un paio di giorni da un sistema di calcolo del costo approssimativo di Euro (100 cores). Il sistema di calcolo rimane per quantificare le esperienze successive.

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