RICERCA ITALIANA     

Il reattore a fusione ITER - Problematiche nucleari, termomeccaniche, termofluidodinamiche e di sicurezza

Università degli Studi di Palermo

Abstract

Il presente programma si inquadra nell'ambito della recente intensificazione delle attività di ricerca e sviluppo relative alla tecnologia della fusione nucleare, promossa dalla Unione Europea e dai principali partner internazionali (e.g. GIAPPONE, USA, CANADA, CINA e COREA DEL SUD).

Esso prevede l'ampliamento e l'approfondimento di alcune tra le più rilevanti problematiche nucleari, termomeccaniche, termofluidodinamiche e di sicurezza connesse allo sviluppo dei principali componenti del reattore a fusione termonucleare ITER. In particolare, l'attenzione sarà focalizzata su alcuni aspetti strategici relativi sia allo sviluppo di alcuni componenti chiave del reattore ITER, quali i moduli di prova dei mantelli triziogeni di un futuro reattore dimostrativo ed i componenti ad alto flusso termico, sia alle caratteristiche di sicurezza dell'impianto nel suo complesso.

Per quanto attiene ai moduli di prova dei mantelli triziogeni di un futuro reattore dimostrativo destinati ad essere irradiati nel reattore ITER, l'attività di ricerca sarà rivolta allo studio delle principali problematiche di carattere nucleare, termomeccanico, termoidraulico e magnetoidrodinamico che riguardano le due tipologie di mantello triziogeno selezionate quali riferimenti nell'ambito dell'European Fusion Development Agreement, ossia i mantelli a letti di sfere refrigerati ad elio o Helium-Cooled Pebble Bed (HCPB) blanket e quello a metallo liquido refrigerato ad elio o >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Elio OLIVERI Università degli Studi di PALERMO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo principale del programma interuniversitario proposto consiste nello studio quanto più ampio ed approfondito possibile, coerentemente con lo stato attuale delle conoscenze e con le risorse disponibili, degli aspetti ingegneristici più rilevanti connessi allo sviluppo dei principali componenti del reattore a fusione termonucleare ITER. Si intende, dunque, contribuire all'evoluzione ed all'ottimizzazione dei moduli di prova dei mantelli triziogeni a metallo liquido ed a letti di sfere, dei componenti ad alto flusso termico, nonchè delle metodologie e delle procedure riguardanti la sicurezza dei reattori a fusione.

In relazione ai moduli di prova dei mantelli triziogeni a metallo liquido ed a letti di sfere, l'attività di ricerca proposta mira a investigarne le principali problematiche di carattere nucleare, termomeccanico e termofluidodinamico. In particolare, in relazione al modulo di prova del mantello triziogeno a metallo liquido ci si prefigge di determinarne la risposta nucleare completa e di studiarne le prestazioni termoidrauliche e termomeccaniche in condizioni stazionarie e incidentali. Per quanto attiene il modulo di prova del mantello triziogeno a letti di sfere, ci si propone di pervenire ad una completa validazione di un modello teorico del comportamento costitutivo termomeccanico dei letti di sfere di berillio e di composti ceramici del litio che sia semplice e di facile implementazione all'interno dei più quotati codici di calcolo >>>

Risultati parziali attesi

MODULI DI PROVA DEL MANTELLO TRIZIOGENO* Caratterizzazione completa della risposta nucleare dell'HCLL-TBM in ITER-FEAT mediante analisi Monte Carlo su di un modello tridimensionale eterogeneo riproducente realisticamente il reattore ITER-FEAT e lo HCLL-TBM
*Caratterizzazione termoidraulica dell'HCLL-TBM
* Modellazione teorica del comportamento costitutivo termo-meccanico dei letti di sfere di berillio e di ortosilicato di litio

MATERIALI INNOVATIVI E AD ALTE PRESTAZIONI PER I COMPONENTI AD ALTO FLUSSO*Esecuzione di simulazioni numeriche per la determinazione dello stato di sollecitazione nei vari punti dei componenti in CMC del divertore
* Avvio ed ottenimento di parziali risultati sperimentali per le attività di sviluppo di giunzioni fra compositi CFC e rame puro per componenti del divertore nel reattore ITER con esecuzione di analisi morfologiche e composizionali, nonché test meccanici e prove di fatica termica
* Produzione di rivestimenti ermetici ed autoriparanti

ANALISI DI SICUREZZA E TRANSITORI TERMOIDRAULICI* Messa a punto di un modello per la formazione di ghiaccio all'interno del criostato durante eventi incidentali
* Sviluppo di un modello semplificato per il trasporto del trizio tra i diversi compartimenti del reattore ITER
* Integrazione delle strategie per la gestione delle scorie radioattive della fusione con >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

INTRODUZIONEDa molti anni la comunità scientifica internazionale è impegnata nell'attività di ricerca sui reattori a fusione termonucleare controllata che, nel lungo periodo, si prospettano come l'alternativa più valida ai sistemi a fissione nucleare per il soddisfacimento delle crescenti richieste mondiali di energia elettrica.
Nel quadro di tali attività sono stati organizzati e sviluppati programmi di ricerca internazionali volti alla progettazione e costruzione di reattori a fusione di tipo TOKAMAK che dimostrassero la fattibilità scientifica (JET), tecnologica (ITER, Next Step) e commerciale (reattore Long Term, DEMO, PPCS) di tali sistemi. Questi programmi dovrebbero preludere alla realizzazione a scala industriale di impianti di potenza a fusione (FPR).
In tale quadro di riferimento, oggi è il progetto ITER a svolgere un ruolo centrale, polarizzando gli sforzi congiunti dei vari partner internazionali che vi partecipano ed, in particolare, dell'Unione Europea.
Il recente rientro degli Stati Uniti nelle negoziazioni relative a ITER e la storica decisione della Cina e della Corea del Sud di partecipare alla sua realizzazione hanno contribuito ad incentivare i relativi programmi di ricerca, al punto da rendere le risorse ad essi destinate dalle amministrazioni di gran lunga preminenti rispetto ad ogni altra relativa al settore elettronucleare. Significativa appare a tal proposito la scelta effettuata dall'Unione Europea >>>