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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • ELECTRICITY
    • BASIC ELECTRIC ELEMENTS
      • CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES (selection for magnetic properties H01F1/00; waveguides H01P; installations of cables or lines H02G; [N: printed circuits H05K])
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
MAGNETI SUPERCONDUTTORI A BASSA TEMPERATURA; INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR (ITER); MODELLAZIONE NUMERICA DI PROBLEMI ACCOPPIATI; PROVE SPERIMENTALI SU CONDUTTORI TIPO CABLE-IN-CONDUIT: CAMPIONI E BOBINE; TERMOFLUIDODINAMICA E CRIOGENIA; ELETTROTECNICA; RETI ELETTRICHE A PARAMETRI CONCENTRATI E DISTRIBUITI; SCIENZA DELLE COSTRUZIONI; CONTATTI ELETTROMECCANICI E TERMOMECCANICI

Modellazione e sperimentazione per i magneti superconduttori di ITER

Politecnico di Torino
Abstract
Il presente programma mira a estendere e approfondire la conoscenza dei fenomeni che avvengono all'interno di cavi superconduttori multifilamentari a bassa temperatura critica (NbTi e Nb3Sn), che si prevede di usare nei magneti dell'International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). ITER e' un progetto internazionale di reattore a fusione a confinamento magnetico, a cui collaborano Unione Europea, Giappone, Russia, Canada, Stati Uniti, Cina e Corea del Sud, di cui sta per essere scelto il sito per la costruzione.
I magneti sono uno dei componenti più importanti e certamente il piu' costoso del reattore, e i cavi superconduttori usati per la realizzazione di questi magneti sono oggetti di grande complessita' il cui studio necessita di accurate analisi sotto il profilo termoidraulico, elettromagnetico e meccanico. Tali esigenze trovano naturale risposta nelle competenze delle tre unità proponenti il presente programma: l'unità di TO per la termoidraulica, l'unità di UD per gli aspetti elettromagnetici e l'unità di PD per quelli termo-elettromeccanici.

Il programma e' costituito da una parte di attivita' di modellazione, e da una parte di attività sperimentale.
Per quanto riguarda l'attività di modellazione, sono previsti:
1) Il completamento del modello numerico del cavo e della sua implementazione nel codice di calcolo THELMA, per l'analisi accoppiata termoidraulico-elettromagnetica di magneti realizzati con cavi superconduttori >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Roberto ZANINO Politecnico di TORINO
Obiettivo del Programma di Ricerca
L’obiettivo fondamentale del programma di ricerca proposto e’ di approfondire la comprensione dei fenomeni, in particolare transitori, che avvengono all’interno dei Cable-In-Conduit Conductor (CICC), v. Fig. 1, sviluppati e utilizzati nell’ambito dell’R&D sui magneti superconduttori dell’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).
Tale obiettivo dovrebbe essere raggiunto con uno sforzo di modellazione teorico-numerica, e di partecipazione (con costi economici di missione non trascurabili, ma indispensabili) a prove sperimentali previste nell’arco dei prossimi due anni in diversi laboratori europei ed extraeuropei. In questa attivita’ l’Italia opera attraverso l’associazione Euratom-ENEA, sotto il coordinamento della European Fusion Development Agreement.
I magneti di ITER sono la voce piu’ onerosa dell’intero progetto, il cui costo e’ stimato oggi in 5 GEuro. Questa cifra giustifica i significativi investimenti di cui i magneti sono stati oggetto nell’ultimo decennio. Ad esempio, nel VI programma quadro (2002-2006) dell’Unione Europea, dei 750 MEuro allocati per la ricerca sulla fusione, 200 MEuro sono riservati per la possible costruzione di ITER, la cui selezione del sito è oggi ristretta a un candidato europeo e a uno giapponese.

immagine


Figura 1. Cavo superconduttore in Nb3Sn (diametro ~ 43 mm) con la tipica geometria >>>

Risultati parziali attesi
I risultati parziali attesi in questa prima fase si possono cosi’ riassumere:
- Completamento dello sviluppo del codice THELMA e sua ottimizzazione;
- Convalida del codice a fronte di dati derivanti dai “piccoli” test superconduttivi succitati;
- Migliore descrizione della termoidraulica in un ITER CICC: sviluppo e convalida di correlazioni per i fattori d’attrito e i coefficienti di scambio termico in un ITER CICC;
- Sviluppo e convalida di un modello ibrido (termo-meccanico) di uno strand di Nb3Sn in bagno di elio che permetta di valutare, “da principi primi”, l’effetto della flessione a cui e' soggetto lo strand sulla sua capacita’ di portare corrente.I risultati parziali attesi per questa fase si possono cosi’ riassumere:
- Definizione del test program del PFCI.
- Verifica/rivalutazione critica delle capacita’ predittive del codici, in particolare di THELMA.
- Interpretazione e analisi dei principali risultati ottenuti dal test del PFCI, con particolare riferimento alle performance del conduttore e del giunto, alle perdite in alternata, alla stabilita’ e propagazione del quench.
- Studio delle differenze di comportamento fra conduttori corti peculiari della Fase I (quali il PFCI-FSJS o il BBIII) e conduttori lunghi in NbTi (PFCI), e tra conduttori sub-size (quali ASTEX) e conduttori full-size (PFCI).
- Convalida del codice THELMA per >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
La presente proposta fa specifico riferimento all'International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) [1], un progetto internazionale di reattore a fusione a confinamento magnetico di tipo tokamak, in collaborazione fra Unione Europea, Giappone, Russia, Canada, Stati Uniti, Cina e Corea del Sud, e riguarda in particolare i magneti superconduttori utilizzati per generare i campi necessari al confinamento del plasma [2].
Dopo alterne vicende, il progetto ITER ha subito una decisa accelerazione nel 2003, con due sostanziali elementi di novità rispetto al passato:
1) la rinnovata adesione degli Stati Uniti all’impresa, e l’adesione di due nuovi membri: Cina e Corea del Sud;
2) il fatto che per la selezione del sito di costruzione la scelta si è ormai ristretta dai quattro originari a due candidati: Cadarache (F), proposto dall’Unione Europea, e Rokkasho (J), proposto dal Giappone [3], e si è quindi probabilmente più vicini alla costruzione di ITER di quanto non lo si sia mai stati.

I magneti superconduttori di ITER costituiranno il sottosistema piu' costoso del reattore a fusione, ed e' quindi essenziale una loro ottimizzazione [4]. Questo ha motivato nell'ultimo decennio lo sviluppo di un esteso programma di ricerca e sviluppo su vasta scala in ambito internazionale, che ha gia' portato alla realizzazione di varie bobine modello [5], quali il ”Central Solenoid Model Coi ” (CSMC), provato nel periodo >>>