Domande e risposte fondamenti e applicazioni dell'energia nucleare t - modulo 2

Domande nucleare: modulo II

1. Bilancio di potenza in un reattore a fusione e condizioni di ideal ignition e ignition per un plasma
2. BWR: schema generale, componenti principali, struttura del nocciolo, materiali e condizioni operative
3. Sezione d’urto per le principali reazioni di interesse fusionistico ed espressione per il calcolo del reaction rate in un gas
4. Three Mile Island
5. Gain factors fisico e ingegneristico
6. PWR: finalità e descrizione generale
7. Ciclo torio e uranio. Burn up e variazione della composizione del combustibile in un reattore nucleare
8. Obiettivi IV generazione
9. Principali reazioni nucleari di fusione e distribuzione dell’energia nei prodotti di fusione
10. Cinetica punto per un solo gruppo di ritardati
11. Sistemi di emergenza PWR: finalità e descrizione
12. Tipologie di scorie prodotte da un reattore nucleare e metodi per la loro gestione
13. Chernobyl
14. Sistema di emergenza BWR
15. Avvelenamento da xenon
16. IV generazione (parlare delle 6 filiere, tabellina riassuntiva, disegnare 2 filiere)

Bilancio di potenza e condizioni di ideal ignition e ignition

¹/_V ∫ [³/₂ ∂p/∂t + ³/₂ ∇·pv̄ + p∇·v̄ + ∇·q̄ - S'] dτ = 0

• Variazione energia interna
• Termine convettivo
• Lavoro di pressione
• Termine conduttivo
• Fonti e dissipazioni

Considero il caso stazionario ∂p/∂t = 0Considero termini convettivo e conduttivo trascurabili ≅ 0

¹/_V ∫ (∇·q̄ - S') dτ = 0

Le componenti di S' sono:

S_F → S Energia rilasciata che rimane nel plasma e solo quella di

S = ¹/₁₆ E p² _T²

S_B = ¹/₄ cB Z_eff p² _T^3/2

S_h = Sh (r, T) potenza fornita per riscaldare

S_k = ³/₂ p ¹/_τE potenza scambiata alle pareti

si haS + S_h = S_B + S_k

¹/₁₆ E p² _T² + S_h = ¹/₄ cB Z_eff p² _T^3/2 + ³/₂ p ¹/_τE

l'ideal ignition si verifica con S_k = S_h = 0 in assenza di dispersioni e calore fornito S = S_B

l'ignition si verifica con S_h = 0 senza calore fornitoS = S_B + S_k

5) Gain Factor Fisico e Ingegneristico

Il gain factor è il fattore di guadagno.

Gain factor fisico Q = _{Potenza termica uscente}/_{Potenza in ingresso} = _{Pout - Pin}/_Pin

se Q = 0 non avvengono reazioni allora P_out - P_in = 0

se Q = ∞ full ignition omnia non serve potenza dall'esterno P_in = 0

se Q < 0 subignition è necessario immettere potenza P_in ≠ 0

Q = 5 _ρTE/_{(ρTE)i - ρTE}

Gain factor ingegneristico Q_E = _{Potenza elettrica uscente}/_{Potenza elettrica in ingresso} = _{PE out - PE in}/_{PE in}

Q_E = 2 _{ρTE - 0.37 (ρTE)i}/_{(ρTE)i - ρTE}

Grafico:

• Q
• Q_E
• 0.37
• 2.9
• ρT_E/(ρT_E)_i

10) Cinetica del Punto

Considerando le semplificazioni per un solo gruppo di ritardati:

λ = Σ_i β_i λ_i / β, β = Σ_i β_i

ottengo il sistema:

dM/dt = ^e-β/_Λ M + λI

dC/dt = λ M - λ C

considerando un reattore stazionario si ha:

dC/dt = 0 ⇒ C₀ / M₀ = ^β/_λ ≈ 1600

ci sono cioè 1600 progenitori di ritardati per ogni neutrone

dal sistema ricavo:

1. S₂ - (^e-β/_Λ - λ) S₁ - λe / Λ = 0
2. C(t) / M(t) = ^β/_Λ(δ+λ)

graficamente considerando e = ^k-1/_k reattività

• e < 0 ⇒ S₁ < 0, S₂ < 0
• e > 0 ⇒ S₁ > 0, S₂ ≠ 0
• e = 0 ⇒ S₂ = 0

se e > β allora il reattore è critico con il solo contributo dei neutroni pronti.

Super Pronto Critico

Avvelenamento da Xenon

Lo xenon è un prodotto di fissione che viene creato velocemente, ha grande sezione d’urto d’assorbimento e avvelena il reattore.

Lo xenon 135 si forma nel reattore a seguito di decadimento

Te₁₃₅ → I₁₃₅

↓ β

I₁₃₅ → Xe₁₃₅

↓ β

Xe₁₃₅ → Xe₁₃₆

Per diminuire la concentrazione è necessario che abbia a disposizione molti neutroni, in questo modo tenderà a trasformarsi in Xe₁₃₆.

Il processo è il seguente:

Al tempo t₁ la formazione di Xe è molto veloce. A t₂ avviene il bombardamento di neutroni e la concentrazione si stabilizza. Al tempo t₃ si spegne il reattore, non vi è più bombardamento neutronico e lo Xe si accumula velocemente.

Al tempo t₄ si equilibra I e lo Xe presente decade. Se al tempo t₅ riaccendiamo il reattore verrebbe abbattuto lo Xe rimasto dai neutroni ma verrebbe nuovamente prodotto I e si tornerebbe al punto di partenza.