L ENERGIA NUCLEARE DA FISSIONE

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1 L ENERGIA NUCLEARE DA FISSIONE Perche oggi si riparla del nucleare? Cosa e l energia nucleare da fissione? Come si produce? Il programma INFN sulla energia nucleare

2 LA DISTRIBUZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA IN ITALIA E NEL MONDO

3 I PROBLEMI DELL ENERGIA IN ITALIA Forte dipendenza dalle fonti di importazione 83.6%(fossili 71.1%,nucleare importato12,5%). Basso utilizzo delle fonti rinnovabili 16.3% (idroelettrico 12.1%,geotermico 1.5%,biomasse 1.9%,eolico 0.8%) Eccessiva emissione di gas serra: violazione del protocollo di Kyoto che impone entro il 2012 la riduzione del 6.5% rispetto alle emissioni 1990 (nel 2007 le emissioni in Italia risultavano gia superiori del 17% rispetto al 1990 con trend in aumento). Costi della energia elettrica superiori del 24% per le utenze industriali e del 45%per consumi domestici rispetto alla media Eurostat dei 27 Paesi (Eurocent/kWh: It 5.6, Ge 2.7, Fr 3.3, Sp 3.6 )

4 QUALE FUTURO? I modelli dipendono dalle proiezioni sui consumi. Incremento costante pari al valore medio 2% degli ultimi anni fino al 2020: partendo dal consumo totale di elettricita in Italia di circa 360TWh nel 2006 si estrapola per il 2020 un consumo totale di 475TWh con un incremento del 31.9% di conseguenza la potenza elettrica jnstallata di 94000MW nel 2007 arriverebbe a circa MW nel In questa ipotesi e se si tiene conto delle restrizioni alla espansione nell uso di combustibili fossili e prevedibile la necessita dell energia nucleare e comunque una situazione molto difficile nei prossimi anni

5 QUALE FUTURO? Nell ipotesi di risparmio energetico(tasso di crescita nei consumi costante e pari all 1%): i consumi arriverebbero nel 2020a 413TWh(+15%) e la potenza a MW.In questa ipotesi la Commissione Energia della SIF ha proposto(2008)ilseguente piano per la copertura :

6 QUALE FUTURO? Anche questo secondo schema non e certamente privo di incertezze e rischi notevoli e rappresenta una grossa sfida per le capacita realizzative del Paese.Puo pero costituire un riferimento interessante per la pianificazione energetica nei prossimi anni,fermo restando,allo stato dell arte, che un mix energetico che includa anche il nucleare resta la migliore soluzione,se non l unica per lo sviluppo futuro di un moderno paese industriale.

7 LA FISSIONE NUCLEARE Schematicamente si intende per fissione la divisione di un nucleo pesante in due nucleiframmenti piu leggeri a seguito della cattura di un neutrone.

8 LA FISSIONE NUCLEARE Nel processo si libera una quantita notevole di energia che si manifesta come energia cinetica(velocita ) dei due frammenti. In alcuni nuclei(u 233,U 235,Pu 239 ),detti fissili,la cattura del neutrone e tanto piu probabile quanto piu bassa e la sua velocita

9 LA FISSIONE E LA REAZIONE A CATENA Fattore di moltiplicazione=rapporto tra numero di neutroni di una generazione e quelli della generazione precedente k<>=1

10 PARTI COMPONENTI IL NOCCIOLO DEL REATTORE NUCLEARE Il NOCCIOLO e la zona dove si sviluppa la reazione a catena e si genera il calore.contiene: Il combustibile,una miscela di isotopi di Uranio contenente U 238 e U 235 arricchito a circa 3%,dove avviene la fissione,generalmente sotto forma di ossido di uranio in barre cilindriche. Il moderatore/refrigerante,generalmente acqua,in cui sono immerse le barre di combustibile e che consente sia di rallentare i neutroni,sia di rimuovere il calore prodotto nel combustibile. L assorbitore,una sostanza in grado di assorbire i neutroni senza fissionare:variando la quantita di assorbitore si puo cambiare la quantita di neutroni disponibili e quindi il fattore di moltiplicazione.in forma di barre mobili che possono essere inserite o estratte

11 LA REAZIONE A CATENA NEL REATTORE

12 L IMPIANTO DEL REATTORE NUCLEARE 1 _COMBUSTIBILE E BARRE DI CONTROLLO ; 2_MODERATORE;3_SCAMBIATORE DI CALORE;4_TURBINE 5 CONDENSATORE;6_TORRI REFRIGERANTI

13 II PROGRAMMA INFN SULLA ENERGIA DA FISSIONE LA CONVENZIONE INFN-ANSALDO NUCLEARE

14 LA CONVENZIONE INFN e ANN instaurano una collaborazione di ricerca il cui fine e lo sviluppo di competenze e strumentazione nel settore delle applicazioni della fisica nucleare al campo della energia.tale collaborazione si articolera su tematiche di comune interesse quali - Rivelatori di nuclei e particelle Ricerca tecnologica -Acceleratori di ioni e particelle -Corsi professionali Formazione -Infrastrutture L attuazione della Convenzione e,affidata a due responsabili coadiuvati da un gruppo di lavoro misto Responsabili: G.Ricco(INFN) R.Adinolfi(ANN) Membri INFN:N.Colonna(Ba),G.Fortuna(LNL),E.Migneco(LNS), P Picozza(roma2) Membri ANN:A.Alemberti(ANN),G.Locatelli(ANN)W.Pecorella(ANN e INAF), F.Rosatelli(ARI)

15 Pacchetto attuativo RICERCA Individuazione di una Comunita interessata FORMAZIONE Preparazione di un percorso formativo per giovani laureati INFRASTRUTTURE di FORMAZIONE sul campo RICERCA En.Nucl.gen.IV PROGETTO RIACE MASTER II liv. SCIENCE AND TECHNOLOGY IN NUCLEAR ENERGY PROGETTO di CENTRO FORMAZIONE e RICERCA Sorgente sottocritica tipo ADS RISORSE Fondi MAP/MUR RISORSE Fondi Enti locali e Sponsors RISORSE Firb MUR Italia/Cina

16 Tematiche di ricerca proposte da Ansaldo Nucleare Applicazione di rivelatori non convenzionali in attività di decommissioning Utilizzo di acceleratori lineari per la caratterizzazione di rifiuti potenzialmente radioattivi di grosse dimensioni Misuratori di flusso neutronico da installare in nocciolo per misure di reattività in reattori sottocritici tipo ADS (Accelerator Driven Systems) Cladding failure detectors

17 PROPOSTE DI RICERCA RICERCA(RIACE) 1 - DMNR: : Detector mesh for nuclear repository LNS 2 - RHAD:Sviluppo di rivelatori radiation-hard Ba 3 - NWMT: Nuclear waste monitoring tool-kit Pd/Mi/Ts 4 - CORMORAD:Monitor di intensita con antineutrini Ge/Fe 5 - SPECTX:spettrometro x a grande superficie 6 - PUMA:Magneti superconduttori a Mg Mg 11 Ts Ge 11 B 2 Ge

18 DMNR (Detector Mesh for Nuclear Repositories) Short/medium term radioactive waste storage on-line monitoring Application of non-conventional detectors for decommissioning Responsible: P.Finocchiaro (INFN-LNS) Collaborators from INFN-LNS, Univ. Catania, INFN Milan Requirements: radiation hardness low efficiency, high sensitivity reliability position sensitivity ease of handling low cost sources+ moderator 6 Li SiPM Preliminary test results different possible configurations for the scintillating fibers around each container Features: 3D radioactivity map Alarm and leak localization Low-cost detectors and electronics: scintillating fibers SPAD-SiPM single photon detectors Fiber Test set-up: AmBe + PuC sources DMNR - Detector Mesh for Nuclear Repository P.Finocchiaro

19 QuickTime and a TIFF (Uncompressed) decompressor are needed to see this picture.

20 CORMORAD CORe MOnitoRing by Antineutrino Detection Detector prototype (1:3 scale) Plastic scintillator bars +Gd wrapping foils PMT PMT First tests with cosmic rays MIPs Released energy data simulations (GEANT4)

21 INFN Trieste SPECTX:spectroscopic measurements with the ALICE silicon drift detector Leakage current: ~ 20pA C D = 200 ff (4 anodes) Temperature: +16 C Shaping: trapezoidal with rise time of 0.4 µs and flat top of 0.2 µs BIAS CONNECTOR RADIOACTIVE SOURCE COLLIMATOR TO PREAMPLIFIERS JFETs 241 Am source 55 Fe source Mn k 580 ev 13.95keV 510 ev 5.9keV 59.54keV peak Mn k

22 BANDO DI CONCORSO PER IL CONFERIMENTO DI N. 10 BORSE DI STUDIO PER ISCRITTI AI CORSI DI LAUREA SPECIALISTICA IN FISICA E INGEGNERIA Art. 1 Ansaldo Nucleare SpA (ANN), in collaborazione con lõistituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) bandisce un concorso per soli titoli per n. 10 borse di studio per laureati in Fisica o in Ingegneria iscritti al corso di laurea specialistica presso Universit Italiane statali o libere, che abbiano scelto una tesi di laurea da svolgere presso gruppi di ricerca dellõinfn su programmi di interesse per la collaborazione ANN-INFN, come previsto dallõapposita Convenzione Art. 2 Ciascuna delle borse messe a concorso ha la durata di un anno e lõimporto annuo di Û 6.000,00 al lordo delle ritenute di legge. Le borse non sono cumulabili con altre borse di studio, ncon assegni o sovvenzioni di analoga natura, n con stipendi o retribuzioni derivanti da rapporto di lavoro dipendente con soggetti privati o pubblici. Art. 3 Possono partecipare al concorso i laureati in Fisica o in Ingegneria, iscritti a un corso di laurea specialistica in Fisica o in Ingegneria presso Universitˆ Italiane statali o libere, che abbiano scelto o stiano svolgendo una tesi di laurea presso un gruppo di ricerca dellõinfn nel campo indicato nellõart. 1. Art. 4 Le domande di partecipazione al concorso, redatte secondo lo schema allegato al presente bando, devono essere inoltrate mediante R.R. a Ansaldo Nucleare SpA Ğ Corso Perrone Genova. Sono previsti due termini di scadenza: prima scadenza: 31/01/2008 n. 5 seconda scadenza: 31/07/2008 n. 5 Alla domanda devono essere allegati, pena lõesclusione: a) certificato di iscrizione al corso di laurea specialistica, con lõindicazione delle votazioni riportate nei singoli esami di profitto, nonch certificato di laurea triennale attestante gli esami superati con i relativi i voti di profitto; b) il curriculum degli studi; c) dichiarazione di accettazione della tesi da parte del relatore, vistata da un responsabile del gruppo di ricerca INFN presso cui la tesi viene svolta. Il candidato pu inoltre allegare alla domanda tutta la documentazione ritenuta utile alla valutazione dei titoli di cui al successivo Art. 6.

23 MASTER DI II LIVELLO SU SCIENZA E TECNOLOGIA NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA NUCLEARE MASTER CORSO BAS CORSO DI INF DINAMICA DE & SISTEMI NO MECCANICA S IL NOCCIOLO D & LA PROTEZION

24 UNA INFRASTRUTTURA PER FORMAZIONE E RICERCA Con quali obiettivi? Un laboratorio per l addestramento di giovani tecnici,fisici e ingegneri alle tecnologie nucleari. Un centro per lo studio e la progettazione dei futuri sistemi nucleari di IV generazione

25 2)OBIETTIVI SCIENTIFICI: _Test sperimentali su parti del progetto Ansaldo Gen IV raffreddato al piombo -Misure di dinamica e cinetica nella reazione a catena -Test di combustibili e moderatori per reattori veloci -Valutazione del burn up delle scorie a vita media lunga -Estrazione di un fascio di neutroni per scienza dei materiali UNA INFRASTRUTTURA PER FORMAZIONE E RICERCA Di che tipo? ADDESTRAMENTO+RICERCA gen.iv=>generatore DI NEUTRONI VELOCI Con quali requisiti? 1)MASSIMA SICUREZZA: -Fattore di moltiplicazione k<1 (0.95?) -Tipo ADS cioe sostenuto da un piccolo acceleratore di particelle (qualche decina di kw) -Bassa potenza(200/400 kw)

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29 Possibile schema di un Infrastruttura INFN-ANN per Formazione e Ricerca Energia Nucleare, 150kW Su Berillio Scienza dei Materiali n veloci Ciclotrone per protoni, 70 MeV, 1 ma n termici BNCT Boron Neutron Capture Therapy Bersaglio 238 U per protofissione Ioni Radioattivi (Fisica Nucleare, Adroterapia?) Acceleratore Lineare Per Ioni ALPI