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Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione ads

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS

Giovedì della Scienza 18 dicembre 2003


Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione adt

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADT

ACCELERATORE

beam line

RAFFINAZIONE/FABBRICAZIONE

Turbina/alternatore

BOP

TARGET

SOTTOCRITICO

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Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione ads acceleratore linac

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS - acceleratore LINAC

A

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Nuovo nucleare reattori sottocritici

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

A

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Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione ads

IPHI

Fonte: Marcel Lieuvin, Giers 2002

  • Le projet IPHI, lancé par le CEA dès 1995, et auquel l ’IN2P3 s ’est associé en 1998, revêt une grande importance pour nos organismes. C ’est en effet la « tête » d ’accélérateur commune à tous les projets d ’accélérateurs de protons à fort courant :

    • - Eurisol

    • - ADS

    • - SPL, neutrinos factories

    • - (ESS)

A

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Fonte: Marcel Lieuvin, Giers 2002

PDS-XADS

  • Le DAPNIA et l ’IN2P3 sont engagés dans la collaboration PDS-XADS (Preliminary Design Study of an eXperimental Accelerator Driven System).

  • Pour cette collaboration européenne devant aboutir à l ’ APS d ’un démonstrateur, l ’IN2P3 est responsable du WP3 (accélérateur driver)

  • Les forces sont de 3 h à l ’IN2P3 et 1 h au DAPNIA, jusqu ’en 2004

A

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Fonte: Marcel Lieuvin, Giers 2002

Cet accélérateur de protons de 10 à 30 mA à 1 GeV devra être d ’une fiabilité encore jamais atteinte

A

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Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione ads acceleratore ciclotrone

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS - acceleratore Ciclotrone

ParameterUnitPSIUpgrade proposal

Beam PowerMW0.8852.950

Beam EnergyMeV590590

Beam currentmA1.55

Number of sectors/ cavities-8 / 48 / 6

Energy gain/turnMeV2.464  5.3

Extraction radiusm4.454.45

BhillT2.092.09

Turns separationmm710  15

Energy spread%0.10.2

Table 3 PSI Upgrade as driver of an ADS Demo. Comparison with PSI.

A

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T

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spallazione

ER

Evaporation residues

evaporation

Other secondary particles

FP

Pb

FP

fission

Fission Products

Pb

proton

Pre-fragment

fission

proton

evaporation

neutron

fission

Pb

FP

ER

evaporation

ER

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Spallazione

Spallazione

In un foglio sottile si formano solo PF e ER dell’interazione con p primario, e le particelle secondarie sfuggono

In un bersaglio spesso le particelle secondarie interagiscono a loro volta con atomi del target

Il rapporto tra il numero di p primari e numero di particelle secondarie a 1 GeV è di 1/40

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Nuovo nucleare reattori sottocritici1

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

yield/Ep neutroni/GeV

energia dei protoni GeV

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

BEAM CURRENT

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Nuovo nucleare reattori sottocritici descrizione ads

  • Acceleratore/Target per ADS e sinergie con altri progetti:

    • high flux neutron sources for material science

    • SNS in USA

    • ESS and AUSTRON in Europe

    • JAERI and KEK Joint Project in Japan

    • neutron sources for material irradiation

    • IFMIF (international project) and SPALLAX in Europe

    • radioactive beam generation

    • EURISOL in Europe

    • RIA in the US

    • E-ARENA in JAERI - KEK Joint Project in Japan

    • intense particle beams for fundamental particle physics

    • muon and neutrino factories in Europe and USA

    • JAERI and KEK Joint Project in Japan (muons, kaons)

A

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Sottocritico

Sottocritico

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Nuovo nucleare reattori sottocritici3

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

TRASCO PROGRAM

  • Topics

  • General safety criteria and classification (ENEA, ANSALDO).

  • Nuclear data (ENEA, University of Bologna).

  • Neutronics (ENEA, CIRTEN, CRS4).

  • Thermal-hydraulics (ENEA, CIRTEN, CRS4, ANSALDO).

  • Beam window technology (ENEA, CIRTEN, ANSALDO, INFM).

  • Materials technology and compatibility with Lead and/or Lead-Bismuth alloy (ENEA, CIRTEN, CRS4, FN, ANSALDO).

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Nuovo nucleare reattori sottocritici4

Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

Macrobiettivi ed i sottobiettivi del programma di ricerca a breve (2003-2006)

“Validazione ed ottimizzazione su base sperimentale della configurazione di riferimento

dell’impianto pilota trasmutatore”

OR1 - Campagne di Prove in Supporto al Progetto

OR1.1 – Circolazione assistita tramite iniezione di gas nel riser e stabilità idraulica del circuito primario

OR1.2 – Controllo dell’attività dell’ossigeno nel piombo

OR1.3 – Purificazione del piombo

OR1.4 – Tecnologia del target windowless

OR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi

OR2 – Studi di estensione di requisiti di radioprotezione e sicurezza

OR2.1 – Studi per la minimizzazione e la gestione dell’attivazione dei materiali strutturali

OR2.4- Metodologie per la misura della sottocriticità

OR3 – Estrapolabilità delle soluzioni a potenze a temperature più elevate

OR3.1 – Materiali Strutturali

OR3.4 – Target ad alta flessibilità di funzionamento

OR3.5 – Studio di accoppiamento del sistema sottocritico ad un LINAC

OR4 – Coordinamento scientifico e aggiornamento configurazione di riferimento

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OR1.1 – Circolazione assistita tramite iniezione di gas nel riser e stabilità idraulico del circuito primario

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

- primario con basse perdite di carico > innesco della circolazione naturale > maggiori margini di sicurezza

- semplificazione internals, reactor roof, controllo ossigeno, sistema manutenzione > minori costi

- aumento disponibilità di impianto

- riduzione costi di decommissioning

- proposta innovativa ENEA-Ansaldo, accettata dalla comunità internazionale

- la sperimentazione in CIRCE non ha concorrenti

Peso 10 %

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OR1.2 – Controllo dell’attività dell’ossigeno nel piombo

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

- la configurazione a pool presenta vantaggi di costo (semplificazione) e di sicurezza (inerzia termica, circolazione naturale) rispetto alla configurazione a loop

- riduce costi e complessità dell’ ISI e della progettazione antisismica, semplifica il lay-out

- riduce sollecitazioni termomeccaniche e fenomeni di corrosione (T e V) sulle strutture

- il controllo ossigeno tramite iniezione di gas in grandi volumi e basse velocità del liquido è la chiave della soluzione a pool

- solo in CIRCE è possibile qualificare questa soluzione innovativa

Peso 20 %

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OR1.3 – Purificazione delPiombo

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

- negli impianti a loop si mettono filtri in linea, con problemi di bloccaggio e di manutenzione (sicurezza e disponibilità d’impianto)

- il processo di “scrematura” non pone questi problemi, minimizza il waste secondario, è applicabile solo nella configurazione “pool”

- può essere provato in CIRCE durante altre prove

-la qualifica di questo sistema per impianti nucleari è un’innovazioneENEA

Peso 5 %

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OR1.4 – Tecnologia del target windowlessOR3.4 – Target ad alta flessibilità di funzionamento

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

- Megapie dimostra che la soluzione con finestra, se possibile, è complessa e richiede frequenti sostituzioni della finestra

- numerosi eventi iniziatori portano alla rottura della finestra, cui deve seguire immediatamente trip del fascio

- la soluzione windowless non ha questi problemi, e permette di ridurre l’attivazione della parte superiore attorno al beam pipe > semplificazione di esercizio e manutenzione

- la soluzione ENEA-Ansaldo è la sola che possa funzionare

- nello studio dell’interfaccia con la beam-line la sperimentazione ENEA-INFN è all’avanguardia

- la sperimentazione in CHEOPE e in CIRCE è la prima nel mondo

Peso 30 %

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OR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

(modificato l’obiettivo, rispetto alla proposta del 2001)

- l’uso del piombo in luogo dell’eutettico rende più probabile un evento di solidificazione nel primario

- i problemi della solidificazione del metallo liquido hanno creato difficoltà nella progettazione/gestione dei circuiti sperimentali (CHEOPE, CIRCE, KALLA, LISOR)

- la qualifica sperimentale dei codici di progetto è un requisito importante, quale che sia la soluzione progettuale adottata

- ENEA ha già contribuito con esperimenti e calcoli alla soluzione dei problemi analoghi per MEGAPIE

Peso 5 %

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OR3.1 – Materiali Strutturali: lo sviluppo della tecnologia del piombo

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

Per il programma vedi la presentazione dell’Ing. Benamati

- non si parte da zero (le industrie del piombo e dello zinco trattano in vasche e movimentano con pompe migliaia di tonnellate/anno di piombo fuso)

- si tratta di qualificare per usi nucleari le tecnologie del piombo

- occorre partire dall’esperienza con l’eutettico e dimostrare cosa è estrapolabile e cosa è specifico

- si devono risolvere su scala laboratorio gli aspetti specifici

- (segue)

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OR3.1 – Materiali Strutturali: lo sviluppo della tecnologia del piombo(segue)

Nuovo nucleare -Reattori sottocritici

- le prove integrali (CIRCE) riguardano gli aspetti specifici (dove è possibile estrapolare conviene utilizzare l’esperienza in eutettico)

- le prove integrali riguardano soluzioni impiantistiche specifiche: i tempi necessari per studiarle e per realizzare le sezioni sperimentali sono congruenti con i tempi di modifica di CIRCE per la transizione da eutettico a piombo

- questo programma è di gran lunga il più avanzato nel settore, e ha un ampio spettro di possibili ricadute, dai concetti studiati in GENERATION IV all’utilizzo del piombo come termovettore in impianti solari.

Peso 30 %

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

LECOR

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

  • IN 1998 THE RESEARCH MINISTERS OF FRANCE, ITALY AND SPAIN SET UP A MINISTER’S ADVISORS GROUP ON THE USE OF ACCELERATOR DRIVEN SYSTEMS (ADS).

  • THIS LED TO THE ESTABLISHING OF A TECHNICAL WORKING GROUP, ENLARGED IN 1999 TO REPRESENTATIVES OF MOST OF THE EUROPEAN COUNTRIES (AUSTRIA, BELGIUM, FINLAND, GERMANY, PORTUGAL AND SWEDEN) +JRC TO IDENTIFY THE CRITICAL TECHNICAL ISSUES AND TO PREPARE A “ROADMAP”.

cosa è la road map

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

  • GOALS OF XADS ROADMAP

  • THE FIRST GOAL IS TO PROPOSE A TECHNOLOGICAL ROUTE TO REDUCE THE RISKS ASSOCIATED WITH NUCLEAR WASTE BASED ON THE TRANSMUTATION OF NUCLEAR WASTE IN ADS.

  • THE SECOND AND MAIN GOAL IS TO PREPARE A DETAILED TECHNICAL PROGRAMME, WITH COST ESTIMATES, WHICH WILL LEAD TO THE REALISATION OF AN EXPERIMENTAL ADS WITHIN 12 YEARS, IN THE TIME FRAME OF THE 6TH AND 7TH FRAMEWORK PROGRAMMES.

  • A THIRD GOAL IS TO IDENTIFY POSSIBLE SYNERGIES THAT THIS PROGRAMME COULD HAVE WITHIN THE SCIENTIFIC COMMUNITY, INDICATE SPIN-OFFS, SHOW HOW COMPETENCE CAN BE MAINTAINED IN THE CURRENTLY STAGNATING FIELD OF NUCLEAR ENERGY RESEARCH.

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

Time schedule and milestones for the development of an experimental accelerator driven system (ADS) and accelerator driven transmutation (ADT) technology in Europe

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

  • i programmi nazionali

  • il programma europeo

  • le organizzazioni internazionali

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

  • cosa è stato ottenuto

  • come: il programma TRASCO

  • come: la partecipazione ai programmi europei

  • quando e dove

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