Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
descrizione ADS
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
descrizione ADT
ACCELERATORE
beam line
RAFFINAZIONE
/FABBRICAZIO
NE
Turbina/alternatore
BOP
SOTTOCRITICO
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TARGET
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
descrizione ADS - acceleratore LINAC
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
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IPHI
Fonte: Marcel Lieuvin,
Giers 2002
– 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)
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Fonte: Marcel Lieuvin,
PDS-XADS
Giers 2002
• 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 proposal
Beam Power MW 0.885 2.950
Beam Energy MeV 590 590
Beam current mA
1.5
5
Number of sectors/ cavities 8/4 8/6
Energy gain/turn
MeV 2.46 4  5.3
Extraction radius
m
4.45 4.45
Bhill T
2.09 2.09
Turns separation
mm 7
10  15
Energy spread %
0.1
0.2
Table 3 PSI Upgrade as driver of an ADS Demo.
Comparison with PSI.
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s
p
a
l
l
a
z
i
o
n
e
Evaporation residues
evaporation
fission
Fission Products
proton
Pre-fragment
fission
evaporation
neutron
fission
evaporation
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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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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
yield / E
p
(neutrons/GeV)
50
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
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 USA
ESS and AUSTRON in Europe
JAERI and KEK Joint Project in Japan
 neutron sources for material irradiation
IFMIF (international project) and SPALLAX in Europe
 radioactive beam generation
EURISOL in Europe
RIA in the US
E-ARENA in JAERI - KEK Joint Project in Japan
 intense particle beams for fundamental particle physics
muon and neutrino factories in Europe and USA
JAERI and KEK Joint Project in Japan (muons, kaons)
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Sottocritico
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
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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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
Macrobiettivi ed i sottobiettivi del programma di ricerca a breve (2003-2006)
“Validazione ed ottimizzazione su base sperimentale della configurazione di riferimento
dell’impianto pilota trasmutatore”
OR1 - Campagne di Prove in Supporto al Progetto
OR1.1 – Circolazione assistita tramite iniezione di gas nel riser e stabilità idraulica del
circuito primario
OR1.2 – Controllo dell’attività dell’ossigeno nel piombo
OR1.3 – Purificazione del piombo
OR1.4 – Tecnologia del target windowless
OR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi
OR2 – Studi di estensione di requisiti di radioprotezione e sicurezza
OR2.1 – Studi per la minimizzazione e la gestione dell’attivazione dei materiali strutturali
OR2.4- Metodologie per la misura della sottocriticità
OR3 – Estrapolabilità delle soluzioni a potenze a temperature più elevate
OR3.1 – Materiali Strutturali
OR3.4 – Target ad alta flessibilità di funzionamento
OR3.5 – Studio di accoppiamento del sistema sottocritico ad un LINAC
OR4 – Coordinamento scientifico e aggiornamento configurazione di riferimento
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Nuovo nucleare Reattori sottocritici
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
Nuovo nucleare Reattori sottocritici
- 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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Nuovo nucleare Reattori sottocritici
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
Nuovo nucleare Reattori sottocritici
- 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
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Peso 30 %
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OR1.6 – Attività sperimentali e di calcolo sui metalli liquidi
Nuovo nucleare Reattori sottocritici
(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
Nuovo nucleare Reattori sottocritici
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)
Nuovo nucleare Reattori sottocritici
- 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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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
–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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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
– GOALS OF XADS ROADMAP
–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.
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
Time schedule and milestones for the development of an
experimental accelerator driven system (ADS) and accelerator
driven transmutation (ADT) technology in Europe
Year 2000+
06
FP
6th FP
07
08
09
10
11
12
13
14
15 20 30
45
7th FP
ADS (Phase 1)
Basic & Supporting
R&D
Choices of Options
Design and Licensing
Construction
Low power testing
Full power testing
Operation
ADT (Phase 2)
Conversion
Operation
Prototype
Industrial
Deployment
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• i programmi nazionali
• il programma europeo
• le organizzazioni internazionali
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Nuovo nucleare - Reattori sottocritici
•cosa è stato ottenuto
• come: il programma TRASCO
• come: la partecipazione ai programmi europei
• quando e dove
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