IL PROGRAMMA STRATEGICO INFN/ENERGIA
Si articola in cinque settori programmatici,tutti relativi alla produzione o all’utilizzazione della Energia Nucleare da fissione o da fusione,nei
quali sono classificati i vari sottoprogetti
Coordinatore nazionale :G.Ricco
LA STRUTTURA• LA SICUREZZA IN AMBIENTE NUCLEARE (sistemi di controllo nei
depositi,contro la proliferazione…..)Griglia di rivelatori per depositi di scorie nucleari (resp.P.Finocchiaro LNS)
Spettrometro a raggi X per controllo contaminazione ambientale(resp.A.Vacchi Ts)
• LA SICUREZZA NEI TRASPORTI E AI VARCHI (rivelazione di sostanze radioattive,materiali strategici,ordigni bellici…)Portale per ispezione containers a tomografia muonica(resp. G.Viesti Pd)Portale per ispezione containers con grandi scintillatori di neutroni al Gadolinio(resp R.DeVita Ge)
• SISTEMI DI MONITORAGGIO (nuovi rivelatori per monitoraggio di energia,potenza,flusso,ambientale…….)Rivelatore di antineutrini per monitoraggio off core della intensita di un reattore (resp. M.Battaglieri Ge)
DMNR (Detector Mesh for Nuclear Repositories)Sistema di monitoraggio di sistemi di stocaggio di scorie radioattive
Short/medium term radioactive waste storage on-line monitoringApplication of non-conventional detectors for decommissioning
Responsible: P.Finocchiaro (INFN-LNS)Collaborators from INFN-LNS, Univ. Catania
DMNR (Detector Mesh for Nuclear Repositories)
Tomografia con raggi cosmici (μ)
Principio di base della tecnica: misura dello scattering di μ da raggi cosmici (flusso ~104/m2.min)Permette di ricostruire:la localizzazione dei materiali la loro densità media
Primi risultati* su prototipo di grandi dimensioniRicostruzione 3DDiscriminazione tra materiali di densitàbassa (Al), media (Fe, Cu, ottone) e alta (Pb, W)* S. Pesente et al., “First results on material identification and imaging with a large volume muon tomography prototype” accepted by NIM A
Potenziali applicazioni
Controlli non-distruttivi di rifiuti nucleariControllo del deterioramento internoVerifica del contenuto di fusti “orfani”, di cui si è persa documentazione
Analisi non distruttive dei contenitori per il trasporto/ stoccaggio delle barre di combustibilea destra, simulazioni di J. Gustafsson– Uppsala Un.
LA STRUTTURA• LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FISSIONE(studi di
reattori di ricerca gen.IV,sistemi sottocritici accoppiati a acceleratori,sorgenti di neutroni attive…….)Progetto di un sistema sottocritico accoppiato al nuovo ciclotrone da 70 Mev ai LNL(resp.M.Ripani. Ge e J.Esposito LNL)Calcolo di flussi neutronici in un sistema sottocritico (resp.P.Saracco Ge)
• LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FUSIONE (studi e tecnologie per la fusione,contributi a ITER e “Broader Approach”…….)Partecipazione ai progetti NBI e IFMIF ai LNL(resp.G.Puglierin LNL)Nuovi magneti superconduttori per alte fluenze neutroniche (resp.R.Musenich Ge)
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FISSIONE
QUALI SONO I PROBLEMI APERTI?
QUALI LE MOTIVAZIONI PER NUOVERICERCHE FISICHE?
Il problema delle scorie
L’U238 (97% del combustibile)non fissiona .ma cattura neutroni trasformandosi successivamente in nuclei transuranici a vita media lunghissima (attinidiminori) ,che restano nel combustibile esaurito assieme ai frammenti di fissione, che hanno pero’vita molto piu’ breve, e costituiscono insieme le scorie radioattive
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FISSIONE
LA REAZIONE A CATENA NEL REATTORE
Figura Nucleosintesi (frecce che si muovono)
Foto FIC239Pu: 125 Kg/yr239Pu: 125 Kg/yr
237Np: 16 Kg/yr 237Np: 16 Kg/yr
241Am:11.6 Kg/yr 243Am: 4.8 Kg/yr241Am:11.6 Kg/yr 243Am: 4.8 Kg/yr
244, 245Cm1.5 Kg/yr
244, 245Cm1.5 Kg/yr
LLFP
LLFP76.2 Kg/yr
LLFP76.2 Kg/yr
La produzione di scorie a lunga vita media (1 GWe LWR)La produzione di scorie a lunga vita media (1 GWe LWR)
11IFAE – Tavola rotonda sull’Energia Nucleare N. Colonna – INFN Bari
Results on fission cross-sectionsResults on fission cross-sections
The new n_TOF data have allowed to solve a long-standing discrepancy in previous data
The new n_TOF data have allowed to solve a long-standing discrepancy in previous data
12
243Am(n,f)243Am(n,f)
M. Calviani, INFN, PhD thesisM. Calviani, INFN, PhD thesis
LA REAZIONE A CATENA NEL REATTORE
Gli attinidi minori sono caratterizzati da una soglia difissione attorno a 1 MevTali isotopi possono essere efficientemente trasformati nei reattori veloci,dove lo spettro dei neutroni si estende da circa 1 Kev a quasi 10 Mev
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1x104 1x105 1x106 1x107
Diff
ere
ntia
l ne
utr
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flu
x d
n/d
log
(E)
x 1
0-1
3 n
/cm
2/s
Fis
sio
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se
ctio
n,
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rn
Neutron energy, eV
241Am
243Am
244Cm237Np
239Pu
240Pu
Neutron Spectrum
1 MeV
Spettro neutronicoin reattori veloci(Gen IV e ADS)
Sezioni d’urto difissione “a soglia”
Isotopi fissili(senza soglia)
La trasmutazione delle scorieLa trasmutazione delle scorie
La principale innovazione consiste nella possibilita di produrre energia bruciandosimultaneamente le scorie a piu’ elevata radiotossicitaLa principale innovazione consiste nella possibilita di produrre energia bruciandosimultaneamente le scorie a piu’ elevata radiotossicita
14IFAE – Tavola rotonda sull’Energia Nucleare N. Colonna – INFN Bari
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FISSIONE
Il problema del combustibilePossibilita’ di carenza di combustibili
naturali(U235) verso la fine del secolo e necessita’ di produzione di nuovicombustibili non naturali:U238(n,g)U239->Np239->Pu239 (fissile)
Th232(n,g)Th233->Pa233->U233(fissile)Conveniente nella reazione a catena veloce(numero di neutroni prodotti per neutrone assorbito>2)
Figura Nucleosintesi (frecce che si muovono)
Foto FIC
LLFP LLFP
Il ciclo del combustibile:Th232->U233Il ciclo del combustibile:Th232->U233
16IFAE – Tavola rotonda sull’Energia Nucleare N. Colonna – INFN Bari
UNA INFRASTRUTTURA PER FORMAZIONE E RICERCADi che tipo?
ADDESTRAMENTO+RICERCA =>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)
2)OBIETTIVI SCIENTIFICI:
-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
_Test sperimentali su parti del progetto di interesseitaliano(Ansaldo,ENEA) veloce raffreddato al piombo
-Estrazione di un fascio di neutroni per scienza dei materiali
Bersaglio 238Uper protofissione
AcceleratoreLineare Per Ioni
ALPIIoni Radioattivi
(Fisica Nucleare,Adroterapia ?)
BNCTBoron Neutron
Capture Therapy
Scienza deiMateriali
n velocin term
ici
Possibile schema di un’Infrastruttura INFN-ANN per Formazione e Ricerca
Ciclotrone per protoni, 70 MeV, 1 mA
Energia Nucleare,
300kWSu Berillio
MASTER DI II LIVELLO SU SCIENZA E TECNOLOGIA NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA NUCLEARE(Univ.Genova,CIRTEN,INFN,ANSALDO)
GENOVA NOV.2009
CORSO BA CORSO DI IN
DINAMICA DSISTEMI NON
MECCANICA IL NOCCIOLO E LA SICUREZZ
MASTE
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FUSIONE
L’INFN partecipa alla collaborazione Europea sulla Fusione tramite il Consorzio RFX formato da CNR,ENEA,INFN,Universita’ di Padova e alcune industrie e preposto al coordinamento e alla realizzazione del contributo italiano a ITER.Che consiste in:-Realizzazione di un prototipo di un sistema a ionizzazione a atomi neutri NBI (INFN,CNR,UdP)
-Svolgimento delle attivita’ italiane nell’ambito del Broader Approach IFMIF(INFN)-Progetto e costruzione del nuovo tokamak FAST(ENEA)-Formazione e training di personale
Per queste attivita’ il Consorzio riceve fondi dalla Euratom ,dal MUR e dai membri associati
23
ITER NBI system: main components
16.7 MW
15m5m
9 m
residual iondump
PowerTransmission Lineat 1 MV
HV Bushing
SF6Insulating gas
Ion Source
0.03 Pa – 0.001 PaVacuum
2 NBIs (+1)Pbeam = 16.5 MWI = 40 AV = 1 MVTpulse = 3600 s
The “grand” IFMIF (2015 ?) (International Fusion Materials Irradiation Facility)
0 20 40m
Ion SourceRFQ
Li Target
High Energy BeamTransport
Li Loop
Test modules insideTest Cell
PIE Facilities
•Reference document CDR•The 2 accelerators are visible•Location of the installation still under discussion•Overall design of the facility is part of the European management and design team tasks
