L’ENERGIA NUCLEARE DA FISSIONE
• Perche’ oggi si riparla del nucleare?• Cosa e’ l’energia nucleare da fissione?• Come si produce ?• Il programma INFN sulla energia nucleare
LA DISTRIBUZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA IN ITALIA E NEL MONDO
I PROBLEMI DELL’ENERGIA IN ITALIA
• Forte dipendenza dalle fonti di importazione 83.6%(fossili 71.1%,nucleare importato12,5%).
• Basso utilizzo delle fonti rinnovabili 16.3%(idroelettrico 12.1%,geotermico 1.5%,biomasse1.9%,eolico 0.8%)
• Eccessiva emissione di gas serra: violazione del protocollo di Kyoto che impone entro il 2012 la riduzione del 6.5% rispetto alle emissioni 1990 (nel 2007 le emissioni in Italia risultavano gia’ superiori del 17% rispetto al 1990 con trend in aumento).
• Costi della energia elettrica superiori del 24% per le utenze industriali e del 45%per consumidomestici rispetto alla media Eurostat dei 27 Paesi(Eurocent/kWh: It 5.6, Ge 2.7, Fr 3.3, Sp 3.6 )
QUALE FUTURO ?
I modelli dipendono dalle proiezioni sui consumi.• Incremento costante pari al valore medio 2% degli
ultimi anni fino al 2020:partendo dal consumo totale di elettricita’ in Italia di circa 360TWh nel 2006 si estrapola per il 2020 un consumo totale di 475TWh con un incremento del 31.9%di conseguenza la potenza elettrica jnstallata di 94000MW nel 2007 arriverebbe a circa 122000MW nel 2020.
In questa ipotesi e se si tiene conto delle restrizioni alla espansione nell’uso di combustibili fossili e’prevedibile la necessita’ dell’energia nucleare e comunque una situazione molto difficile nei prossimi anni
QUALE FUTURO ?Nell’ipotesi di risparmio energetico(tasso di crescita nei consumi costante e pari all’1%):
i consumi arriverebbero nel 2020a 413TWh(+15%) e la potenza a 108000MW.In questa ipotesi la
Commissione Energia della SIF ha proposto(2008)ilseguente piano per la copertura :
QUALE FUTURO ?
• Anche questo secondo schema non e’ certamente privo di incertezze e rischi notevoli e rappresenta una grossa sfida per le capacita’ “realizzative” del Paese.Puo’ pero’costituire un riferimento interessante per la pianificazione energetica nei prossimi anni,fermo restando,allo stato dell’arte, che un mix energetico che includa anche il nucleare resta la migliore soluzione,se non l’unica per lo sviluppo futuro di un moderno paese industriale.
LA FISSIONE NUCLEARE • Schematicamente si intende per fissione la
divisione di un nucleo pesante in due nuclei-frammenti piu’ leggeri a seguito della catturadi un neutrone.
LA FISSIONE NUCLEARE
• Nel processo si libera una quantita’ notevole di energia che si manifesta come energia cinetica(velocita’) dei due frammenti.
• In alcuni nuclei(U233 ,U235,Pu239),detti fissili,la cattura del neutrone e’ tanto piu’ probabile quanto piu’ bassa e’la sua velocita
LA FISSIONE E LA REAZIONE A CATENA
Fattore di moltiplicazione=rapporto tra numero di neutroni di una generazione e quelli della generazione precedente k<>=1
PARTI COMPONENTI IL NOCCIOLO DEL REATTORE NUCLEARE
Il NOCCIOLO e’ la zona dove si sviluppa la reazione a catena e si genera il calore.Contiene:
• Il combustibile ,una miscela di isotopi di Uranio contenente U238 e U235 arricchito a circa 3%,dove avviene la fissione,generalmente sotto forma di ossido di uranio in barre cilindriche.
• Il moderatore/refrigerante,generalmente acqua,in cui sono immerse le barre di combustibile e che consente sia di rallentare i neutroni,sia di rimuovere il calore prodotto nel combustibile.
• L’assorbitore,una sostanza in grado di assorbire i neutroni senza fissionare:variando la quantita’ di assorbitore si puo’ cambiare la quantita’ di neutroni disponibili e quindi il fattore di moltiplicazione.In forma di barre mobili che possono essere inserite o estratte
LA REAZIONE A CATENA NEL REATTORE
L”IMPIANTO DEL REATTORE NUCLEARE
1 _COMBUSTIBILE E BARRE DI CONTROLLO ; 2_MODERATORE;3_SCAMBIATORE DI CALORE;4_TURBINE 5 CONDENSATORE;6_TORRI REFRIGERANTI
II PROGRAMMA INFN SULLA ENERGIA DA FISSIONE
LA CONVENZIONE INFN-ANSALDO NUCLEARE
LA CONVENZIONE
INFN e ANN instaurano una collaborazione di ricerca il cui fine e’ lo sviluppo di competenze e strumentazione nel settore delle applicazioni della fisica nucleare al campo della energia.Tale collaborazione si articolera’ su tematiche di comune interesse quali
- Rivelatori di nuclei e particelleRicerca tecnologica
-Acceleratori di ioni e particelle
-Corsi professionaliFormazione
-InfrastruttureL’attuazione della Convenzione e,affidata a due responsabili coadiuvati
da un gruppo di lavoro misto Responsabili: G.Ricco(INFN) R.Adinolfi(ANN)Membri INFN:N.Colonna(Ba),G.Fortuna(LNL),E.Migneco(LNS),
P Picozza(roma2)Membri ANN:A.Alemberti(ANN),G.Locatelli(ANN)W.Pecorella(ANN e
INAF), F.Rosatelli(ARI)
Pacchetto attuativo
RICERCAIndividuazione di unaComunita’ interessata
PROGETTO RIACE
RISORSEFondi MAP/MUR
FORMAZIONEPreparazione di un percorso
formativo per giovani laureati
MASTER II liv.SCIENCE AND TECHNOLOGY
IN NUCLEAR ENERGY
RISORSEFondi Enti locali
e Sponsors
INFRASTRUTTURE diFORMAZIONE sul campoRICERCA En.Nucl.gen.IV
PROGETTO di CENTROFORMAZIONE e RICERCA
Sorgente sottocritica tipo ADS
RISORSEFirb MUR Italia/Cina
TematicheTematiche didi ricercaricercaproposteproposte dada AnsaldoAnsaldo NucleareNucleare
Applicazione di rivelatori non convenzionali in attività di decommissioning
Utilizzo di acceleratori lineari per la caratterizzazione di rifiuti potenzialmente radioattivi di grosse dimensioni
Misuratori di flusso neutronico da installare in nocciolo per misure di reattività in reattori sottocritici tipo ADS (Accelerator Driven Systems)
Cladding failure detectors
PROPOSTEPROPOSTE DIDI RICERCARICERCA(RIACE)(RIACE)
1 1 -- DMNRDMNR: Detector : Detector mesh for mesh for nuclear nuclear repositoryrepository LNSLNS2 2 -- RHADRHAD:Sviluppo di rivelatori :Sviluppo di rivelatori radiationradiation--hardhard BaBa3 3 -- NWMTNWMT: : Nuclear wasteNuclear waste monitoring toolmonitoring tool--kit kit Pd/Mi/TsPd/Mi/Ts4 4 -- CORMORADCORMORAD:Monitor di :Monitor di intensitaintensita’’con con antineutrini antineutrini Ge/FeGe/Fe5 5 -- SPECTXSPECTX::spettrometrospettrometro x a grande superficie x a grande superficie TsTs6 6 -- PUMAPUMA:Magneti superconduttori a :Magneti superconduttori a MgMg1111BB22 GeGe
DMNR - Detector Mesh for Nuclear Repository P.Finocchiaro
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, INFN Milan
DMNR (Detector Mesh for Nuclear Repositories)
different possible configurations for the scintillating fibers around each container
Requirements:radiation hardnesslow efficiency, high sensitivityreliabilityposition sensitivityease of handling low cost
Test set-up: AmBe + PuC sources
Preliminary test results
Features:3D radioactivity mapAlarm and leak localization Low-cost detectors and electronics: scintillating fibersSPAD-SiPM single photon detectors
6Li
Fiber
SiPMsources+ moderator
QuickTime™ and aTIFF (Uncompressed) decompressor
are needed to see this picture.
CORMORADCORe MOnitoRing by Antineutrino Detection
Detector prototype (1:3 scale)
PMT
Plasticscintillator bars+Gd wrapping
foils
PMT
First tests with cosmic rays
MIPs Released energydata
simulations (GEANT4)
RADIOACTIVESOURCE
COLLIMATOR
BIAS CONNECTOR
TO PREAMPLIFIERS
JFETs
SPECTX:spectroscopicmeasurements with the ALICE silicon drift detector
• Leakage current: ~ 20pA
• CD = 200 fF (4 anodes)
• Temperature: +16 C
• Shaping: trapezoidal with rise time of 0.4 µs and flat top of 0.2 µs
510 eV FWHM @ 5.9keV
55Fe sourceMn k
Mn k
580 eV FWHM @ 13.95keV
241Am source
59.54keV peak
INFN Trieste
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BANDO DI CONCORSO PER IL CONFERIMENTO DI N. 10 BORSE DI STUDIO PER
ISCRITTI AI CORSI DI LAUREA SPECIALISTICA IN FISICA E INGEGNERIA
Art. 1 Ansaldo Nucleare SpA (ANN), in collaborazione con lÕIstituto Nazionale di Fisica Nucleare(INFN) bandisce un concorso per soli titoli per n. 10 borse di studio per laureati in Fisica o inIngegneria iscritti al corso di laurea specialistica presso Universit‡ Italiane statali o libere, cheabbiano scelto una tesi di laurea da svolgere presso gruppi di ricerca dellÕINFN su programmi diinteresse per la collaborazione ANN-INFN, come previsto dallÕapposita Convenzione
Art. 2
Ciascuna delle borse messe a concorso ha la durata di un anno e lÕimporto annuo di Û 6.000,00 allordo delle ritenute di legge. Le borse non sono cumulabili con altre borse di studio, n� con assegni o sovvenzioni di analoganatura, n� con stipendi o retribuzioni derivanti da rapporto di lavoro dipendente con soggetti privatio pubblici.
Art. 3 Possono partecipare al concorso i laureati in Fisica o in Ingegneria, iscritti a un corso di laureaspecialistica in Fisica o in Ingegneria presso Universitˆ Italiane statali o libere, che abbiano scelto o stiano svolgendo una tesi di laurea presso un gruppo di ricerca dellÕINFN nel campo indicato nellÕArt. 1.
Art. 4 Le domande di partecipazione al concorso, redatte secondo lo schema allegato al presente bando, devono essere inoltrate mediante R.R. a Ansaldo Nucleare SpA Ğ Corso Perrone 25 16121 Genova. Sono previsti due termini di scadenza: prima scadenza: 31/01/2008 n. 5 seconda scadenza: 31/07/2008 n. 5 Alla domanda devono essere allegati, pena lÕesclusione: a) certificato di iscrizione al corso di laurea specialistica, con lÕindicazione delle votazioni riportate nei singoli esami di profitto, nonch� certificato di laurea triennale attestante gli esami superati con irelativi i voti di profitto; b) il curriculum degli studi; c) dichiarazione di accettazione della tesi da parte del relatore, vistata da un responsabile del gruppo di ricerca INFN presso cui la tesi viene svolta. Il candidato pu˜ inoltre allegare alla domanda tutta la documentazione ritenuta utile alla valutazionedei titoli di cui al successivo Art. 6.
MASTER DI II LIVELLO SU SCIENZA E TECNOLOGIA NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA
NUCLEARE
CORSO BAS CORSO DI INF
DINAMICA DE& SISTEMI NO
MECCANICA S IL NOCCIOLO D& LA PROTEZION
MASTER
UNA INFRASTRUTTURA PER FORMAZIONE E RICERCA
Con quali obiettivi?
• Un laboratorio per l’addestramento di giovani tecnici ,fisici e ingegneri alle tecnologie nucleari
. Un centro per lo studio e la progettazione dei futuri sistemi nucleari di IV generazione
UNA INFRASTRUTTURA PER FORMAZIONE E RICERCADi che tipo?
ADDESTRAMENTO+RICERCA gen .IV=>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: _Test sperimentali su parti del progetto Ansaldo Gen IV
raffreddato al piombo-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-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
EnergiaNucleare,
150kWSu Berillio