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

________________________________________________________________________________

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