SEMINARIO

LA FUSIONE NUCLEARE E LE SUE PROSPETTIVE

RICERCA NUCLEARE E INGEGNERIAing. Alberto Taglioni

Frascati, 13 febbraio 2015

Contenuti dell’intervento

Aree e Commissioni tematiche dell’Ordine degli Ingegneri di Roma

Ingegneria e Ricerca

La ricerca nucleare nel mondo e in Italia

Ricadute convenzionali della Ricerca Nucleare 

Aree e Commissioni tematiche dell’Ordine degli Ingegneri di Roma

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Compiti istituzionali delle COMMISSIONI TEMATICHE

• l’approfondimento di leggi e norme• la produzione di memorie e contributi tecnici• l’organizzazione di visite tecniche, seminari, convegni di aggiornamento professionale

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Attività NUCLEARI in ITALIA• smantellamento degli impianti esistenti• trattamento e gestione dei rifiuti radioattivi da essi 

provenienti• raccolta di rifiuti nucleari di origine industriale e medica• il loro trasporto• localizzazione e realizzazione del deposito nazionale per il 

loro smaltimento• partecipazionie a Gruppi di Lavoro e Commissioni per la 

elaborazione di norme e il  loro aggiornamento professionale

• applicazioni mediche• ricerca su reattori innovativi (fissione e fusione)

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Area Tematica IMPIANTI

CommissioneIMPIANTI ELETTRICI

CommissioneIMPIANTI CHIMICI

CommissioneMETANODOTTI

Commissione…………….

Area Tematica AMBIENTE

CommissioneDISSESTO 

IDROGEOLOGICO

CommissioneRIFIUTI E BONIFICHE

CommissioneVALUTAZIONI AMBIENTALI

Commissione…………….

Area Tematica ENERGIA

CommissioneIDROELETTRICA

CommissioneFOTOVOLTAICO

CommissioneSOLARE 

TERMODINAMICO

CommissioneINGEGNERIA NUCLEARE

Area Tematica …………

CommissioneRICERCA EREATTORI 

INNOVATIVI

ASSETTO COMMISSIONI TEMATICHE DELL’ORDINE INGEGNERI / 1

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Area Tematica IMPIANTI

CommissioneIMPIANTI ELETTRICI

CommissioneIMPIANTI CHIMICI

CommissioneMETANODOTTI

Commissione…………….

Area Tematica AMBIENTE

CommissioneDISSESTO 

IDROGEOLOGICO

CommissioneRIFIUTI E BONIFICHE

CommissioneVALUTAZIONI AMBIENTALI

Commissione…………….

Area Tematica ENERGIA

CommissioneIDROELETTRICA

CommissioneFOTOVOLTAICO

CommissioneSOLARE 

TERMODINAMICO

Area Tematica NUCLEARE

CommissioneIMPIANTI e 

DECOMMISSIONING

CommissioneRADIOPROTEZIONE ED EMERGENZE

CommissioneRICERCA E REATTORI 

INNOVATIVI

ASSETTO COMMISSIONI TEMATICHE DELL’ORDINE INGEGNERI / 2

Ingegneria e Ricerca

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Definizione di “RICERCA”(da wikipedia)

La ricerca è un'attività umana avente lo scopo di scoprire, interpretare e revisionare fatti, eventi, comportamenti e teorie relative a qualunque ambito della conoscenza e 

esperienza umanaLa ricerca scientifica è la metodologia usata per accrescere la conoscenza all'interno della scienza ed è uno dei fattori chiave per la crescita e lo sviluppo della società nel medio‐

lungo periodo in virtù della sua potenziale capacità di fornire innovazione attraverso l'applicazione tecnologica e 

organizzata delle scoperte scientifiche. 

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Ricerca di baseLa ricerca di base, ha come obiettivo primario l'avanzamento della conoscenza e la comprensione teorica delle relazioni tra le diverse variabili in gioco in un determinato processo. Viene condotta senza un particolare scopo pratico previsto, anche se i suoi risultati possono avere ricadute applicative inaspettate. L'espressione "di base" indica che, attraverso la generazione di nuove teorie, la ricerca di base fornisce le fondamenta per ulteriori ricerche con ricadute applicative nel medio‐lungo termine.

Ricerca applicataLa ricerca applicata è svolta allo scopo di trovare soluzioni pratiche e specifiche. Il suo obiettivo  è lo sfruttamento della conoscenza teorica già acquisita , al fine di sviluppare una tecnologia.È basata su precedenti ricerche di base e viene eseguita in ambiente industriale, enti di ricerca oppure in università, con finanziamenti provenienti da industrie interessate. 

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Tipologie di RICERCA / 1(da wikipedia)

Ricerca operativa

La ricerca operativa (nota anche come teoria delle decisioni o scienza della gestione) è la branca della matematica applicata, in cui problemi decisionali complessi vengono analizzati e risolti mediantemodelli matematici e/o quantitativi avanzati (ottimizzazione, simulazione, ecc.).L'obiettivo è quello di fornire un supporto alla presa di decisioni.Per giungere a questo scopo, la ricerca operativa fornisce strumenti matematici di supporto alle attività decisionali in cui occorre gestire e coordinare attività e risorse limitate al fine di massimizzare o minimizzare una funzione obiettivo.

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Tipologie di RICERCA / 2(da wikipedia)

Elogio dell’Ingegnere(Herbert Hoover, Presidente degli USA dal 1928 al 1932)

Gran professione quella dell'ingegnere!

Con l'aiuto della scienza egli deve trasformare un pensiero in linee di un progetto per realizzarlo poi in pietra o metallo oenergia. Quindi creare lavoro e case per gli uomini elevando il tenore di vita e aggiungendone conforto.

Questo è il grande privilegio dell'ingegnere e anche il grande rischio perché le sue opere, a confronto di quelle di altri uomini e professionisti, sono all'aperto, sotto lo sguardo di tutti.

I suoi atti – passo, passo - sono di dura materia.

L'ingegnere non può seppellire i suoi errori nella tomba come i medici; né può trasformarli in aria sottile o darne colpa ai giudici come gli avvocati. Egli non può coprire i suoi insuccessi con alberi o rampicanti come gli architetti, né, come i

politici, riversare gli errori sugli oppositori sperando che la gente dimentichi.

L'ingegnere, semplicemente, non può negare quello che ha fatto e viene condannato se l'opera non regge.

D'altra parte, in contrasto con quella dei medici, la sua non è vita in mezzo ai deboli, né la distruzione è il suo scopo, come per i militari, e le contese non sono il suo pane quotidiano come per l'avvocato.

All'ingegnere compete rivestire di vita, conforto e speranza lo scheletro della scienza.

Con il passare degli anni senza dubbio la gente, se mai lo ha saputo, dimentica l'ingegnere che ha costruito. Qualche politico avrà posto il suo nome o quella sarà stata attribuita a qualche promotore che ha fatto uso del denaro altrui.

L'ingegnere, con una soddisfazione che poche professioni conoscono, gode dei benefici senza fine che scaturiscono dai suoi successi: il verdetto dei suoi colleghi è il solo titolo d'onore che egli desidera.

RICERCA !!!

L’ingegnere nel mondo della ricerca «nucleare»

• L’ingegnere nucleare fra i ricercatori (fisici nucleari, chimici, biologi, ecc.)• L’ingegnere e i tecnici di laboratorio• L’ingegnere e gli amministrativi (contratti, appalti, disposizioni, ecc.)• L’ingegnere e l’organico (assunzioni, progressioni, ecc.)• L’ingegnere e i progetti di ricerca nazionali (accordi di programma ministeriali)

progetti Europei, la gestione di commesse di ricerca• L’ingegnere Datore di Lavoro – Dirigente per la Sicurezza (81/2008)• L’ingegnere, gli impianti ed i laboratori di ricerca (gestione, manutenzione,

forniture, ecc.)• L’ingegnere e la protezione dalle radiazioni ionizzanti (D.Lgs. 230/95 , medici

competenti, esperti qualificati, autorità di controllo, piani di emergenza)• L’ingegnere e gli organismi internazionali (IAEA, NEA, Commissione)• L’ingegnere e la security nucleare (trattati internazionali e multilaterali)• L’ingegnere e la Direzione di Cantiere per lavori nell’Istituto• L’ingegnere nucleare ricercatore e l’Ordine degli ingegneri……………?

Gli strumenti dell’ingegnere nella ricerca nucleare

• Codici di calcolo, modellistica e simulazione (neutronica, termoidraulica, CFD)• Reti di calcolo (GARR, CRESCO)• Banche dati nazionali ed internazionali (NEA, ENEA, ISPRA)

• I trattati internazionali (Atomi per la pace, Euratom, Security internazionale)• Standard nazionali ed internazionali (IAEA, ENSREG, WENRA, G.T. ISPRA)• Documenti di strategia (SET-Plan, SNETP, ESNII, SRIA, SRA)• Punti di Contatto e reti nazionali ed internazionali • Recepimento Direttive EC (70/2011, 71/2011) e recepimenti nazionali• Leggi e Decreti sicurezza e radioprotezione (81/2008, 230/95, 31/2010, …)• Contratto collettivo di lavoro • Normativa UNICEN, ASME, AFNOR / AFCEN• Network e riviste tecniche e informative• Bandi nazionali ed internazionali• Disposizioni, circolari ministeriali e di Istituto• Codice Contratti e Appalti, Direzione lavori (D.Lgs. 163/2006), MEPA, CONSIP• Sinergia con Ordini professionali competenti…

L’ingegnere ricercatore e i soggetti con cui si interfaccia

Finanziamento, programmi e reti della ricerca

• I contributi dello Stato• Gli accordi di programma (MiSE-RSE)• I bandi (MIUR – Regioni)• I FP progetti Europei• I servizi tecnologici• Gli accordi di cooperazione internazionale (IAEA, bilaterali)• Le piattaforme, i comitati, i gruppi di lavoro

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La Ricerca Nucleare

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energetica

Energia da fissione: Sicurezza dei reattori in operazione (Gen II)Progettazione reattori Gen III e IV, Chiusura ciclo combustibile (SF & WM)Usi non elettrici (dissalazione, propulsione)

Energia da fusione :calda fredda

non energetica

Fisica nucleare (infrastrutture di irraggiamento n, gamma)Radiochimica, Radioprotezione, MetrologiaRadiomedicina (radiofarmaci, traccianti diagnostica e radioterapia)Effetti delle radiazioni sugli esseri viventi Applicazioni delle radiazioni in agricoltura e industria

Tipologie di ricerca nucleare

RICERCA NUCLEARE: attività in ENEA

Formazione studenti e dottorandi, addestramento supervisoried operatoriStudi di materiali e di strutture per i sistemi nucleari di nuovagenerazione e la fusione termonucleare controllataAnalisi per attivazione neutronica, radiografie e tomografieneutroniche, a fini di ricerca, medicina e attività forensiRicerca finalizzata alla produzione di radiofarmaci per applicazioni mediche di diagnostica e terapia dei tumoriIrraggiamenti su apparecchiature elettroniche per applicazioni spaziali per verificare la resistenza allaradiazione cosmicaEffetti della trasmutazione sugli isotopi transuranici per ridurre I rifiuti radioattivi a lunga vita ed alta attivitàSviluppo e validazione di codici di calcolo di neutronica

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ENERGIA DA FISSIONE : la ricerca per la sicurezza  

• Stress test su tutti gli impianti Europei• Safety guides ENSREG / WENRA / IAEA / NEA• Analisi incidentali (simulazione e codici)• Eventi estremi (BDBA) e impatto ambientale• Sistemi di sicurezza attivi e passivi • Sistemi mobili• FP7 e H2020

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ENERGIA DA FISSIONE : sostenibilità e chiusura del ciclo del combustibile

• Sostenibilità del ciclo uranio• Minimizzazione rifiuti• Riduzione radiotossicità• Riduzione volumi• Aumento durabilità• Isolamento – confinamento dalla biosfera• Cicli aperti e chiusi• Reattori veloci autofertilizzanti• ADS (Trasmutatori ‐ Bruciatori)• Sistemi di partitioning e riprocessamento non 

proliferante del combustibile esaurito (pirometallurgia)

• Sistemi di trattamento e condizionamento dei rifiuti per la massima riduzione dei volumi e durabilità nel tempo dei manufatti 

• Deposito ingegneristico (superficiale)• Deposito geologici (SNETP‐IGDTP)

IPP; 30%

CEA; 17%

ENEA; 16%

KIT; 6%

CCFE; 6%

FZJ; 5%

The Swiss Conf.;

5%

Others;

15%

La ricerca sulla Fusione fa parte del programma EURATOM ed è completamente integrata a livello europeo attraverso :coordinamento dei programmi nazionalicollaborazioni tra centri di ricerca conduzione dell’esperimento JETpartecipazione alle collaborazioni internazionali, quali ITER, BroaderApproach

Il programma europeo sulla Fusione

Partecipazione alle  attività dei laboratori europei 

La fusione a confinamento magnetico

• Occorre riscaldare il gas di deuterio-trizio a 150-200 milioni di °C• mantenerlo in un’opportuna configurazione di equilibrio• evitarne il contatto con le pareti della camera di reazione

Confinamento magnetico

Il gas (plasma) è confinato in una camera a forma di ciambella mediante intensi campi magnetici prodotti da bobine magnetiche avvolte intorno alla camera stessa

ITER: camera da vuoto, bobine del campo magnetico toroidale e polodale

Combustibile: deuterio, litio - Prodotto finale: elio

n + 6Li → 4He + T

Trizio: prodotto in ciclo chiuso nel reattore

D + T 4He + nDeuterio : 1 g in 39 litri di acqua

Litio : molto abbondante nellerocce, oceani

100 l acqua (2.5 g deuterio) +100 g litio (7.5 g litio‐6) =                        

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600 000 kWh  termici40% efficienza di conversione

240 000 kWhe(50 ton petrolio → ~150 ton CO2)

Ciclo del reattore a fusione

La fusione è :  intrisecamente sicura (no melting down), praticamente inesauribile (riserve per migliaia di anni)sostenibile per l’ambiente (zero emissioni, no attinidi)

ITER, reattore a fusione (Cadarache)

• Temperatura di plasma: 1,5 × 108 K• Potenza in uscita: 500‐700 MW• Durata dell'impulso di fusione: > 300 s• Rendimento: > 10

Programma: dimostrarela fattibilità scientifica e tecnologica dellafusione

Tokamak

Nuove frontiere: Fusione inerziale, fredda e fissioni «alternative» ...

• Fusione inerziale LLNL USA laser

• Ignitor (Prof. Coppi)

• Fusione fredda palladio (ENEA Violante et al.)

• Fusione fredda nichel (Rossi-Focardi)

• Piezo-nucleolisi e piezo- inertizzazione (Cardone et al).

Fisica nucleare (infrastrutture di irraggiamento n, gamma)RadiochimicaRadioprotezioneMetrologiaRadiomedicina (radiofarmaci, BNCT, traccianti diagnostica e

radioterapia)Effetti delle radiazioni sugli esseri viventi (Biorad)Applicazioni delle radiazioni in agricolturaApplicazioni della radiazioni in industria Gestione dei rifiuti radioattivi non da ciclo combustibile Security

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La ricerca nucleare non energetica

Criticità Italiane rispetto allo sviluppo delle tecnologie nucleari

• Il piano energetico• Il programma nucleare nazionale• L’Autorità di controllo indipendente• I fondi e il sostegno Istituzionale• Fuga dei migliori ingegneri presso Società estere• Mancanza di sinergia fra gli stakeholders• Il ruolo dei media e della politica• Il clima di scarsa scientificità e contestazione

Ricadute convenzionali della ricerca nucleare

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PROCEDURE NUCLEARI E CONVENZIONALI

• Analisi di sicurezza

• Sitingimpiantistico

• Garanzia della qualità

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sviluppo scenari

GIS, modellistica

qualificazione materiali e sistemi

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INTERFACCIE CONVENZIONALI DEL NUCLEARE

• Strutturali (statiche e dinamiche)• Geotecniche e geologiche• Meccaniche e impiantistiche• Ambientali• Economico/gestionali• security

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PRINCIPALI AMBITI DI RICERCANUCLEARE E CONVENZIONALE

• analisi sismiche• schematizzazione  e studio di effetti di urti, esplosioni, eventi estremi (deliberati e no)

• studi su materiali (caratteristiche meccaniche e chimiche, durabilità)

• alterazioni ambientali (robustezza dei modelli)• biologia, medicina,

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Progettazione, ingegneria sperimentale e modellistica 

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MODELLAZIONE DEL TERRENO

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OSCILLATORE A PIU’ GRADI DI LIBERTA’

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STRUTTURE NUCLEARI AD ELEMENTI FINITI

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CARPENTERIA DI UN EDIFICIO REATTORE

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TELAIO AD ELEMENTI FINITI

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water pressure in the cavity of groutscheme of experimental apparatus 

.

modular container 

grout

cavities (drums)water in 

pression

collection tank

supports

Conclusioni

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Conclusioni

• L’ingegnere professionista può avere un ruolo nella ricerca ed assumere posizioni dirigenziali

• L’ingegnere nucleare ricercatore può trarre a sua volta beneficio dalle Attività dell’ordine (Commissioni, Direzione LL., Corsi e Seminari)

• Gli Istituti di Ricerca e le Università dovrebbero essere sempre più in sinergia con l’Ordine per iniziative comuni di formazione, di diffusione e disseminazione, come questo seminario

Grazie per l’attenzione

ing. Alberto Taglioniantalgo@libero.it

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