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““Progetto Progetto neutronico neutronico didimassima dellmassima dell’’impiantoimpiantosperimentalesperimentale””..
Carlo Maria [email protected]
Punto di partenza Punto di partenza I:I:il il fuel assemblyfuel assembly
Fuel Assembly
L FA ≅
9.7
cm
∼30 kgUO2-enr./FA
∼45 kgPb/FA
x
y z=0
(hattiva = 90 cm)hFA ≅ 130 cm
x
y z=0Restrizioni:– keff ~ 0.95
Punto di partenza Punto di partenza II:II:ll’’assemblaggio sotto-criticoassemblaggio sotto-critico
quanti FAs?
quanto riflettore?
(r tot?) vessel
riflettore
FAs
Beamline & target
rtot
Configurazione Configurazione ““pienapiena””
MCNPX 2.6.0, kcode, ENDF/B.-VII
Configurazione Configurazione ““pienapiena””
MCNPX 2.6.0, kcode, ENDF/B.-VII
rtot=120 cm
Errore sistematicoErrore sistematico
keff = 0.946
+0.007-0.003
!"#
$%&
∼1.8 tUO2-enr.
∼2.7 tPb in FAs
∼84 tPb in rifl.
x
y z=0
Studio del Studio del targettarget
Ottimizzata per p @ 70 MeV, 0.75 mA
p_i
Sbarra di Berillio,
concezione TRADE
∼200 gBe
(Z(X)=20·X-9.5)
Ottimizzazione dimensioniOttimizzazione dimensionibersaglio bersaglio II
Dimensioneproposta
(Z(X)=20·X-9.5)
Ottimizzazione dimensioniOttimizzazione dimensionibersaglio bersaglio II
Dimensioneproposta
Ginocchio: oltre il ginocchiosfuggono solo i protonisecondari. Infatti…
Ottimizzazione dimensioniOttimizzazione dimensionibersaglio bersaglio IIII
Energia (MeV)
Partenza
Start
Spettro energeticodei protoni in fugadal target perd i f f e r e n t idimensioni delbersaglio (A, B, …).
Ottimizzazione Ottimizzazione spotspot fasciofascio
3 cm
~ 0.6 cm
r
R = 1.5 cmDimensioneproposta
(Z(X)=20·X-9.5)
Caratterizzazione sorgenteCaratterizzazione sorgente
dE d!
4"!( )E! " 0.091#p _ i $ 4.3 #1014 neutroni sec .
dV
V! " 49.3 kW.
Fondamentale per progettare il sistema direfrigerazione dedicato al target
( 1 MeV/cm3/p_i = 0.75 kWatt/cm3 )
(Corrente fascio: 0.75 mA)
1 20-1-2-10
-50
510
1520
(Corrente fascio: 0.75 mA)
Yield totale dei neutroni di sorgente:
Collocazione assialeCollocazione assialesorgente sorgente II
δδ
Centro del target
Centro dell’active core
Target
δδ Distanza tra i due centriDistanza tra i due centri
qualequale δ δ è è il migliore? il migliore?
BeamlineActive core
hattiva =
90 cm
δ ≅ 5 cmDimensioneproposta
Collocazione assialeCollocazione assialesorgente sorgente IIII
Deutoni Deutoni ??
Deutoni Deutoni ??
Yield totale: p @ 70 MeV ≈ d @ 50 MeV
In un A.D.S. la “sorgente” deve essereben conosciuta: vi è la necessità di
studiare sperimentalmente p+9Be perverificare/(eventualmente)correggere i
risultati forniti da MCNPX.
Conoscere Conoscere la la sorgente sorgente !!
“Resa neutronica di protoni da 62 MeV su bersagliodi Berillio: esperimento preliminare”.
M. Ripani, INFN-Ge
Andamento radiale potenzaAndamento radiale potenza
ENDF/B.-VII:
Ptot ~190 kWth
Andamento radiale potenzaAndamento radiale potenza
JENDL-3.2:
Ptot ~230 kWth Ptot = 199
+29-10
!"#
$%&
kWthTotale:
Distribuzione assiale densitàDistribuzione assiale densitàdi potenzadi potenza
Flusso neutronico barraFlusso neutronico barrainternainterna
Flusso integrale barra interna: φtot ~ 6·1012 n/cm2/sec( p @ 70 MeV, 0.75 mA )
ENDF/B.-VII
Flusso neutronico barraFlusso neutronico barrainternainterna
ENDF/B.-VII
Flusso “lento”:φ<0.5 MeV ≅ 4.4·1012 n/cm2/sec ⇒ φ<0.5 MeV / φtot = (69.8±0.5)%
Flusso “veloce”:φ>0.5 MeV ≅ 1.9·1012 n/cm2/sec ⇒ φ>0.5 MeV / φtot = (30.2±0.4)%
Flusso integrale barra interna: φtot ~ 6·1012 n/cm2/sec( p @ 70 MeV, 0.75 mA )
Simulazioni di bruciamento Simulazioni di bruciamento II
Barra di MA nellaposizione più interna.
MCB-1c
∼20 pcm
Flusso medioparte attiva
Flusso medioriflettore
σ(n, γ)del 99Tc
Flusso neutronico riflettoreFlusso neutronico riflettore
Flusso integrale medio riflettore: φtot ~ 1·1012 n/cm2/sec( p @ 70 MeV, 0.75 mA )
ENDF/B.-VII
Simulazioni di bruciamento Simulazioni di bruciamento IIII
Barra di LLFPnel riflettore.
MCB-1c
∼5 pcm
Ulteriori simulazioniUlteriori simulazioni
A seguito delle simulazione effettuate pervalutare gli O.d.G. delle caratteristichefondamentali reattore, sono stati eseguiti altristudi per comprendere la componente velocedei neutroni e l’effetto di “pozzetti” perl’inserimento di apparati sperimentali.
Dipendenza dallDipendenza dall’’acceleratoreacceleratore
Legnaro - Ciclotrone
p @ 70 MeV, 0.75 mA
Legnaro - IFMIF
p @ 20 MeV, 120 mA
(entrambi ENDF/B.-VII)
Pfascio|target ~ 50 kW
Ptot ~ 190 kWthφtot ~ 6·1012 n/cm2/sec
Percentuale flusso “lento”:φ<0.5 MeV / φtot = (69.8±0.5)%
Percentuale flusso “veloce”:φ>0.5 MeV / φtot = (30.2±0.4)%
Pfascio|target ~ 2.4 MW
Ptot ~ 3.4 MWthφtot ~ 1·1014 n/cm2/sec
Percentuale flusso “lento”:φ<0.5 MeV / φtot = (69.3±0.5)%
Percentuale flusso “veloce”:φ>0.5 MeV / φtot = (30.7±0.4)%
Bar
ra in
tern
a
Dipendenza dai materialiDipendenza dai materialistrutturalistrutturali: studio : studio sul flussosul flusso..
Med
io p
er b
arra
Studio Studio sul flussosul flusso: : tolto tolto He, Al,He, Al,cladding rodcladding rod e e cladding FAcladding FA
Med
io p
er b
arra
Rimane combustibile e matrice di piombo
Med
io p
er b
arra
Studio Studio sul flussosul flusso: : ripristinoripristinocladding FAcladding FA
Manca elio-gas, alluminio e cladding rod
Med
io p
er b
arra
Studio Studio sul flussosul flusso: : ripristino ilripristino ilcladding rodcladding rod
Manca elio-gas e alluminio
Med
io p
er b
arra
Studio Studio sul flussosul flusso: : ripristinoripristinoll’’alluminioalluminio
Manca elio-gas
Studio Studio sul flussosul flusso: : ripristinatoripristinatoanche anche HeHe
Med
io p
er b
arra
Tutto ripristinato
Studio Studio sul flussosul flusso: : ZircaloyZircaloyanziché anziché AISIAISI
Med
io p
er b
arra
AISI
Studio Studio sul flussosul flusso::combustibilecombustibile
Bar
ra in
tern
a
φ>0.5/ φtot ≅ 32.8%Frazione flusso veloce - noOX
φ>0.5/ φtot ≅ 30.1%Frazione flusso veloce - yesOX
57 FA
keff ≅ 0.913
Ptot ≅ 117 kWth
Pozzi Pozzi per per esperimenti esperimenti I:I:
60 FA
keff = 0.946
+0.007-0.003
!"#
$%&
Ptot = 199
+29-10
!"#
$%&
kWth
keffpiena ! 0.95, keff
bucata " 0.95
65 FA
keff ≅ 0.934
Ptot ≅ 161 kWth
68 FA
keff ≅ 0.964
Ptot = 298 kWth
Pozzi Pozzi per per esperimenti esperimenti II:II: keff
piena > 0.95, keffbucata < 0.95
73 FA
keff ≅ 0.952
Ptot ≅ 217 kWth
76 FA
keff ≅ 0.978
Ptot ≅ 492 kWth
Pozzi Pozzi per per esperimenti esperimenti III:III: keff
piena ! 0.95, keffbucata " 0.95
Pozzi Pozzi per per esperimenti esperimenti IVIV
Pozzo vuoto più interno
φ>0.5/ φtot~26%Frazione flusso veloce
φ<0.5/ φtot~74%Frazione flusso lento
