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Velocimetria con gli ultrasuoni pulsati in un modello di target del reattore ADS

L'Accelerator Driven System (ADS) è il progetto di un impianto nucleare innovativo in grado di trasmutare le scorie radioattive e di produrre energia. A differenza di un reattore nucleare convenzionale, nel quale si realizza una reazione a catena di fissioni nucleari auto-sostenuta, l’ADS utilizza una sorgente neutronica esterna per poter operare in modo continuativo. I neutroni “aggiuntivi” sono forniti per mezzo di un acceleratore. Più precisamente l'acceleratore produce dei protoni ad alta energia che, interagendo con il materiale bersaglio, danno luogo a processi di spallazione. Nelle reazioni di spallazione i nuclei bersaglio si frantumano in nuclidi più leggeri
causando l’emissione di circa 30 neutroni per ogni disintegrazione. Il bersaglio di spallazione è circondato da elementi di combustibile che costituiscono un nocciolo sottocritico contenente le scorie nucleari e combustibile nucleare convenzionale. Il refrigerante è un metallo liquido, progettato per reattori sottocritici veloci.
È di fondamentale importanza, nel progetto dell'ADS, ottenere una corretta rimozione dell'energia depositata dal fascio protonico all'interno del bersaglio. Il progettista deve garantire che nel target non si superino mai certi limiti di temperatura, da un lato per consentire un’operatività in sicurezza e dall'altro per non diminuire drasticamente la vita utile delle strutture. Se poi la soluzione impiantistica è di tipo windowless allora si presenta il problema ulteriore di dover garantire una tensione di vapore all'interfaccia quanto più bassa possibile, in modo da evitare reazioni tra il metallo refrigerante gassoso ed il fascio protonico.
Per garantire una corretta rimozione del calore, è necessario studiare il profilo di velocità del refrigerante all’interno della regione bersaglio. A tal proposito il Politecnico di Torino in collaborazione con Ansaldo ha realizzato un circuito sperimentale con acqua, che simula le condizioni idrauliche della regione bersaglio in scala 1:1, basandosi sulle dimensioni del progetto EFIT. Lo studio della tesi riguarda la campagna sperimentale di misura dei profili di velocità in questo modello di target e l’analisi dei risultati ottenuti. Le misurazioni velocimetriche sono state eseguite
mediante la tecnica ad ultrasuoni pulsati (UPDV), che permette di ottenere misure accurate e non intrusive. I risultati ottenuti in questa campagna sperimentale sono stati utilizzati nel lavoro di tesi di Ettore Coltro per lo sviluppo di un modello fluidodinamico in Fluent, in grado di simulare il campo di moto della sezione di prova. Parallelamente i risultati delle simulazioni di Coltro hanno fornito indicazioni utili per la scelta delle prove da eseguire.

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3 C AP .1LA RICERCA SULL ’A CCELERATOR DRIVEN SYSTEM Le misure dei profili di velocità in un modello di ta rget del reattore ADS, trattate in questa tesi, si pongono in linea con il lavoro di studio fluidodinamic o, svolto ormai da più di dieci, da parte del Politecnico di Torino in collaborazione con Ansaldo e con le altre università italiane. In questo capit olo si è cercato di collocare questa tesi all’interno de ll’ampio quadro di ricerca condotta in tutto il mondo da università, enti pubblici e gruppi industriali. Si è cercato di ricostruire in maniera riassuntiva la storia di questa tecnologia, in particolare a livell o europeo ed italiano, risalendo fino alle origini del progetto. La lunga ricerca porterà a breve alla rea lizzazione dei primi prototipi di reattori ADS sperimentali, tuttavia si è ancora lontani dalla co struzione del primo reattore ADS commerciale. La seconda parte del capitolo si sofferma sulle caratter istiche dei target di XADS ed EFIT, a cui fa riferimento la sezione di prova esaminata nella tes i. 1.1 L E ORIGINI DELL ’ADS L’Accelerator Drive System (ADS) è il progetto di un reattore nucleare altamente innovativo, che è in grado di trasmutare le scorie radioattive e di produrre energia utile. I processi di trasmutazione n ecessitano di un elevato flusso neutronico, che è generato dalle reaz ioni di spallazione tra protoni ad alta energia e nuclei pesanti. Nelle reaz ioni di spallazione infatti i nuclei bersaglio si frantumano in nuclidi più legger i, generando l’emissione di 20-30 neutroni ad ogni impatto. Il bersaglio di spa llazione è poi circondato da elementi di combustibile convenzionale e dalle scorie che si intendono trasmutare. La conoscenza dei fenomeni di trasmutazione non è ma turata solamente dalla ricerca di questi ultimi anni, ma è il frutto di una lunga storia che inizia addirittura negli anni 40’. In quei tempi infatti, era noto dal lavoro degli acc eleratori di ricerca, che il bombardamento di un target di uranio per mezzo di protoni ad alta energia o deuteroni, produceva una grande quantità di neutroni. Questi neutroni potevano realizzare a lor o volta delle reazioni nucleari e generare del materiale fissionabile. Nel 1941, Glenn Seaborg (fi g.1) produsse di fatto il primo plutonio artificiale utilizzando un acceleratore di protoni [1]. Durante il periodo 1950-54, fu proposto il programm a MTA (Materials Testing Accelerator) presso il laboratorio di ricerca di Livermore, allo scopo di stu diare in dettaglio l’uso di acceleratori per la produzione di materiale fissile [2]. Nello stesso tem po in Canada, W. B. Lewis (fig.2) riuscì a concretizzare l’idea dell’autofertilizzazione per me zzo di acceleratori, all’interno di un programma per Figura 1 Glenn Seaborg (1912-1999), Premio Nobel per la chimica nel 1951

Tesi di Laurea Magistrale

Facoltà: Ingegneria

Autore: Gualtiero Testa Contatta »

Composta da 135 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 266 click dal 21/06/2011.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.