Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS

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Giovedì della Scienza 1 8 dicembre 2003 1 Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS. Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADT. ACCELERATORE. beam line. RAFFINAZIONE/FABBRICAZIONE. Turbina/alternatore. BOP. TARGET. SOTTOCRITICO. - PowerPoint PPT Presentation

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADT

ACCELERATORE

beam line

Turbina/alternatore

BOP

SOTTOCRITICO

RAFFINAZIONE/

FABBRICAZIONE

TARGET

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS - acceleratore LINAC

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici

4 m2 .7 m 1.3 m

Focusing Period

C ryom odule L ength

Spalla tionSpalla tionT argetT arget

704 M H z

S uperconductingS uperconductingH igh E nergy H igh E nergy P artP art

450 M eV85 M eV 185 M eV

= 0 .65 = 0 .Ź4 7

(A S H )

In term ediateIn term ed iate P art P art

D T LD T L D TLD T L D T LD TL D T LD TL

In jectorIn jector

R F QR F Q D T LD T L

5 M eV95 keV

So

urc

eS

ou

rce

10 M eV

(IP H I)

(35 2 M H z )

10 0 m 1 76 m

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IPHI

– Le projet IPHI, lancé par le CEA dès 1995, et auquel l ’IN2P3 s ’est associé en 1998, revêt une grande importance pour nos organismes. C ’est en effet la « tête » d ’accélérateur commune à tous les projets d ’accélérateurs de protons à fort courant :

• - Eurisol• - ADS• - SPL, neutrinos factories• - (ESS)

Fonte: Marcel Lieuvin,

Giers 2002

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Fonte: Marcel Lieuvin,

Giers 2002

PDS-XADS

• Le DAPNIA et l ’IN2P3 sont engagés dans la collaboration PDS-XADS (Preliminary Design Study of an eXperimental Accelerator Driven System).

• Pour cette collaboration européenne devant aboutir à l ’ APS d ’un démonstrateur, l ’IN2P3 est responsable du WP3 (accélérateur driver)

• Les forces sont de 3 h à l ’IN2P3 et 1 h au DAPNIA, jusqu ’en 2004

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Fonte: Marcel Lieuvin,

Giers 2002 Cet accélérateur de protons de 10 à 30 mA à 1 GeV devra être d ’une fiabilité encore jamais atteinte

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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici descrizione ADS - acceleratore Ciclotrone

Parameter Unit PSI Upgrade proposalBeam Power MW 0.885 2.950Beam Energy MeV 590 590Beam current mA 1.5 5Number of sectors/ cavities - 8 / 4 8 / 6Energy gain/turn MeV 2.46 4 5.3Extraction radius m 4.45 4.45Bhill T 2.09 2.09Turns separation mm 7 10 15Energy spread % 0.1 0.2

Table 3 PSI Upgrade as driver of an ADS Demo.

Comparison with PSI.

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fission

neutron

fission

fission

proton

Oth

er s

econ

d ary

par

ticl

es

evaporation

evaporation

Pre-fragment

evaporation

Evaporation residues

Fission Products

spallazione

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Spallazione

In un foglio sottile si formano solo PF e ER dell’interazione con p primario, e le particelle secondarie sfuggono

In un bersaglio spesso le particelle secondarie interagiscono a loro volta con atomi del target

Il rapporto tra il numero di p primari e numero di particelle secondarie a 1 GeV è di 1/40

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0 0.5 1 1.5 2 2.5

yie

ld /

Ep

(ne

utr

on

s/G

eV

)

proton energy, E_p (GeV)

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Acceleratore/Target per ADS e sinergie con altri progetti: high flux neutron sources for material science

SNS in USAESS and AUSTRON in EuropeJAERI and KEK Joint Project in Japan

neutron sources for material irradiation

IFMIF (international project) and SPALLAX in Europe radioactive beam generation

EURISOL in EuropeRIA in the USE-ARENA in JAERI - KEK Joint Project in Japan

intense particle beams for fundamental particle physics

muon and neutrino factories in Europe and USAJAERI and KEK Joint Project in Japan (muons, kaons)

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Sottocritico

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TRASCO PROGRAM

Topics

General safety criteria and classification (ENEA, ANSALDO).

Nuclear data (ENEA, University of Bologna). Neutronics (ENEA, CIRTEN, CRS4).

Thermal-hydraulics (ENEA, CIRTEN, CRS4, ANSALDO).

Beam window technology (ENEA, CIRTEN, ANSALDO, INFM).

Materials technology and compatibility with Lead and/or Lead-Bismuth alloy (ENEA, CIRTEN, CRS4, FN, ANSALDO).

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Macrobiettivi ed i sottobiettivi del programma di ricerca a breve (2003-2006)“Validazione ed ottimizzazione su base sperimentale della configurazione di riferimentodell’impianto pilota trasmutatore”

OR1 - Campagne di Prove in Supporto al ProgettoOR1.1 – Circolazione assistita tramite iniezione di gas nel riser e stabilità idraulica del circuito primarioOR1.2 – Controllo dell’attività dell’ossigeno nel piomboOR1.3 – Purificazione del piomboOR1.4 – Tecnologia del target windowlessOR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi

OR2 – Studi di estensione di requisiti di radioprotezione e sicurezzaOR2.1 – Studi per la minimizzazione e la gestione dell’attivazione dei materiali strutturaliOR2.4- Metodologie per la misura della sottocriticità

OR3 – Estrapolabilità delle soluzioni a potenze a temperature più elevateOR3.1 – Materiali StrutturaliOR3.4 – Target ad alta flessibilità di funzionamentoOR3.5 – Studio di accoppiamento del sistema sottocritico ad un LINAC

OR4 – Coordinamento scientifico e aggiornamento configurazione di riferimento

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OR1.1 – Circolazione assistita tramite iniezione di gas nel riser e stabilità idraulico del circuito primario

- primario con basse perdite di carico > innesco della circolazione naturale > maggiori margini di sicurezza

- semplificazione internals, reactor roof, controllo ossigeno, sistema manutenzione > minori costi

- aumento disponibilità di impianto

- riduzione costi di decommissioning

- proposta innovativa ENEA-Ansaldo, accettata dalla comunità internazionale

- la sperimentazione in CIRCE non ha concorrenti

Peso 10 %

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OR1.2 – Controllo dell’attività dell’ossigeno nel piombo

- la configurazione a pool presenta vantaggi di costo (semplificazione) e di sicurezza (inerzia termica, circolazione naturale) rispetto alla configurazione a loop

- riduce costi e complessità dell’ ISI e della progettazione antisismica, semplifica il lay-out

- riduce sollecitazioni termomeccaniche e fenomeni di corrosione (T e V) sulle strutture

- il controllo ossigeno tramite iniezione di gas in grandi volumi e basse velocità del liquido è la chiave della soluzione a pool

- solo in CIRCE è possibile qualificare questa soluzione innovativa Peso 20 %

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OR1.3 – Purificazione del Piombo

- negli impianti a loop si mettono filtri in linea, con problemi di bloccaggio e di manutenzione (sicurezza e disponibilità d’impianto)

- il processo di “scrematura” non pone questi problemi, minimizza il waste secondario, è applicabile solo nella configurazione “pool”

- può essere provato in CIRCE durante altre prove

-la qualifica di questo sistema per impianti nucleari è un’innovazione ENEA

Peso 5 %

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OR1.4 – Tecnologia del target windowless OR3.4 – Target ad alta flessibilità di funzionamento

- Megapie dimostra che la soluzione con finestra, se possibile, è complessa e richiede frequenti sostituzioni della finestra

- numerosi eventi iniziatori portano alla rottura della finestra, cui deve seguire immediatamente trip del fascio

- la soluzione windowless non ha questi problemi, e permette di ridurre l’attivazione della parte superiore attorno al beam pipe > semplificazione di esercizio e manutenzione

- la soluzione ENEA-Ansaldo è la sola che possa funzionare

- nello studio dell’interfaccia con la beam-line la sperimentazione ENEA-INFN è all’avanguardia

- la sperimentazione in CHEOPE e in CIRCE è la prima nel mondo

Peso 30 %

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OR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi

(modificato l’obiettivo, rispetto alla proposta del 2001)

- l’uso del piombo in luogo dell’eutettico rende più probabile un evento di solidificazione nel primario

- i problemi della solidificazione del metallo liquido hanno creato difficoltà nella progettazione/gestione dei circuiti sperimentali (CHEOPE, CIRCE, KALLA, LISOR)

- la qualifica sperimentale dei codici di progetto è un requisito importante, quale che sia la soluzione progettuale adottata

- ENEA ha già contribuito con esperimenti e calcoli alla soluzione dei problemi analoghi per MEGAPIE

Peso 5 %

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OR3.1 – Materiali Strutturali: lo sviluppo della tecnologia del piombo

Per il programma vedi la presentazione dell’Ing. Benamati

- non si parte da zero (le industrie del piombo e dello zinco trattano in vasche e movimentano con pompe migliaia di tonnellate/anno di piombo fuso)

- si tratta di qualificare per usi nucleari le tecnologie del piombo

- occorre partire dall’esperienza con l’eutettico e dimostrare cosa è estrapolabile e cosa è specifico

- si devono risolvere su scala laboratorio gli aspetti specifici

- (segue)

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OR3.1 – Materiali Strutturali: lo sviluppo della tecnologia del piombo(segue)

- le prove integrali (CIRCE) riguardano gli aspetti specifici (dove è possibile estrapolare conviene utilizzare l’esperienza in eutettico)

- le prove integrali riguardano soluzioni impiantistiche specifiche: i tempi necessari per studiarle e per realizzare le sezioni sperimentali sono congruenti con i tempi di modifica di CIRCE per la transizione da eutettico a piombo

- questo programma è di gran lunga il più avanzato nel settore, e ha un ampio spettro di possibili ricadute, dai concetti studiati in GENERATION IV all’utilizzo del piombo come termovettore in impianti solari.

Peso 30 %

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–IN 1998 THE RESEARCH MINISTERS OF FRANCE, ITALY AND SPAIN SET UP A MINISTER’S ADVISORS GROUP ON THE USE OF ACCELERATOR DRIVEN SYSTEMS (ADS).

–THIS LED TO THE ESTABLISHING OF A TECHNICAL WORKING GROUP, ENLARGED IN 1999 TO REPRESENTATIVES OF MOST OF THE EUROPEAN COUNTRIES (AUSTRIA, BELGIUM, FINLAND, GERMANY, PORTUGAL AND SWEDEN) +JRC TO IDENTIFY THE CRITICAL TECHNICAL ISSUES AND TO PREPARE A “ROADMAP”.

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–THE FIRST GOAL IS TO PROPOSE A TECHNOLOGICAL ROUTE TO REDUCE THE RISKS ASSOCIATED WITH NUCLEAR WASTE BASED ON THE TRANSMUTATION OF NUCLEAR WASTE IN ADS.

–THE SECOND AND MAIN GOAL IS TO PREPARE A DETAILED TECHNICAL PROGRAMME, WITH COST ESTIMATES, WHICH WILL LEAD TO THE REALISATION OF AN EXPERIMENTAL ADS WITHIN 12 YEARS, IN THE TIME FRAME OF THE 6TH AND 7TH FRAMEWORK PROGRAMMES.

–A THIRD GOAL IS TO IDENTIFY POSSIBLE SYNERGIES THAT THIS PROGRAMME COULD HAVE WITHIN THE SCIENTIFIC COMMUNITY, INDICATE SPIN-OFFS, SHOW HOW COMPETENCE CAN BE MAINTAINED IN THE CURRENTLY STAGNATING FIELD OF NUCLEAR ENERGY RESEARCH.

– GOALS OF XADS ROADMAP

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Time schedule and milestones for the development of an experimental accelerator driven system (ADS) and accelerator

driven transmutation (ADT) technology in Europe

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• i programmi nazionali

• il programma europeo

• le organizzazioni internazionali

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•cosa è stato ottenuto

• come: il programma TRASCO

• come: la partecipazione ai programmi europei

• quando e dove