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I recenti sviluppi dei reattori a gas ad alta temperatura. La collocazione di questi impianti nel futuro piano energetico mondiale. Il programma europeo HTR-N e l'attività di ricerca del DIMNP svolta nel suo ambito.

Informazioni tesi

  Autore: Guglielmo Lomonaco
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2002-03
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Nucleare
  Relatore: Nicola Cerullo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 210

Nella presente tesi vengono presi in esame, alla luce dei più moderni sviluppi in ambito internazionale, i principali aspetti dei reattori a gas ad alta temperatura (HTR).
Il lavoro della tesi è proceduto parallelamente allo sviluppo del contratto con la comunità europea denominato HTR-N. Infatti da esso è stato possibile trarre le notizie circa i più avanzati sviluppi internazionale in questo campo ed i risultati della maggior parte dei calcoli svolti nell'ambito della tesi sono stati comparati con quelli ottenuti dagli altri partner.
Dopo una trattazione delle caratteristiche dei moderni reattori HTR (costruiti od in fase di sviluppo) viene analizzato il particolare tipo di combustibile impiegato e vengono indagati gli aspetti correlati con la sicurezza del reattore e con lo stoccaggio del combustibile esaurito.
Successivamente viene effettuato un rapido excursus sull'evoluzione storica degli HTR, con particolare riguardo ai reattori DRAGON, PEACH BOTTOM, FSV, AVR e THTR-300, concludendo la rassegna con l'esame dei più recenti sviluppi della filiera, compresi i reattori sperimentali HTTR e HTR-10. Viene infine illustrato il programma europeo HTR-N, al quale il DIMNP partecipa.
Dopo questa parte descrittiva, si entra nel vivo della ricerca esaminando la fisica e la neutronica degli HTR ed evidenziandone le caratteristiche spettrali del flusso ed i cicli di combustibile.
Particolare attenzione è stata dedicata al ruolo giocato dagli HTR nell'ambito della non proliferazione.
Come ultimo punto vengono analizzati i programmi di calcolo esistenti e tra essi vengono scelti quelli più adatti allo svolgimento del programma di ricerca.
I programmi scelti sono stati:
- WIMS, per i calcoli trasportistici di cella;
- CITATION, per il calcolo in diffusione tridimensionale sull'intero nocciolo;
- MONTEBURNS, per calcoli Monte Carlo e di evoluzione isotopica ("ultra high burnup");
- MCNP-4C, per valutare la microeterogeneità delle CP;
- XSDRN, per valutare la microeterogeneità delle CP.
Il codice WIMS, acquisito dalla NEA, è stato migliorato aumentando il numero dei gruppi energetici utilizzabili e corredandolo con una serie di nuove ed aggiornate librerie neutroniche ottenute attraverso contatti con i ricercatori partecipanti al progetto WLUP della IAEA.
Usando questo codice in accoppiamento con il CITATION sono stati eseguiti dei calcoli sul reattore HTTR, partecipando inoltre ad un benchmark internazionale sui coefficienti di temperatura.
Anche il codice MONTEBURNS, sempre acquisito dalla NEA, che è stato modificato per adattarlo alla piattaforma WINDOWS- 98, presenta aspetti di originalità. Nell'ambito del gruppo europeo il DIMNP è l'unico ad averne la disponibilità.
Con esso è stato eseguito un benchmark su un HTR di tipo a pebble con combustibile basato sul plutonio ottenuto dal riprocessamento del MOX. Questo combustibile, analizzato per la prima volta in campo internazionale, è stato sottoposto ad "ultra high burnup" (800000 MWd/t), ottenendo come risultato la quasi completa distruzione del plutonio. Questo calcolo è stato eseguito per la prima volta in campo internazionale.
Nel capitolo 7 viene analizzato il problema della doppia eterogeneità delle CP che, pur avendo in realtà un impatto limitato, ha un'importanza non del tutto trascurabile e presenta aspetti interessanti dal punto di vista della ricerca scientifica.
Conclude la tesi una breve trattazione delle applicazioni non elettriche (desalinizzazione e produzione di idrogeno) dei reattori HTR ed uno sguardo alle prospettive future.

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III Glossario ABB: Asea Brown Boveri ADS: Accelerated Driven System AGR: Advanced Gas Reactor AVR: Arbeitsgemeinschaft Versuch Reaktor BISO: CP con doppio rivestimento BOL: Begin Of Life CEA: Commissariat a l'Energie Nucléaire CP: Coated Particle DIMNP: Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione DRE: Dragon Reactor Experiment EC: European Community EGCR: Experimental Gas Cooled Reactor FSV: Fort Saint Vrain GA: General Atomics FE: Fuel Element FIFA: Fission per Initial Fissile Atoms FIMA: Fissile per Initial Metal Atoms FZJ: Forschungszentrum Jülich GCR: Gas Cooled Reactor GCRE: Gas Cooled Reactor Experiment GT-MHR: Gas Turbine - Modular Helium Reactor HEU: High Enriched Uranium HTGR: High Temperature Gas Reactor HTR: High Temperature Reactor HTR-10: High Temperature Reactor 10 MW HTR-L: Progetto EC sul Licensing degli HTR HTR-N: Progetto EC sulla Neutronica degli HTR HTR-TN: Technological Network on HTR HTTR: High Temperature engineering Test Reactor IAEA: International Atomic Energy Agency IS: Iodine Sulphur IHX: Intermediate Heat Exchanger JAERI: Japanese Atomic Energy Research Institute LANL: Los Alamos National Laboratory LEU: Low Enriched Uranium LOCA: Loss Of Coolant Accident LWR: Light Water Reactor MA: Minor Actinides MC: Monte Carlo MCB: Monte Carlo Burnup MCNP: Monte Carlo Neutron Particle MHTGR: Modular High Temperature Gas Reactor ML-1: Mobile Low-power reactor MOX: Mixed Oxides (ossidi misti di uranio e plutonio) MTR: Material Testing Reactor NEA: Nuclear Energy Agency NRC: National Regulatory Commission OCSE: Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico

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