34594 - IMPIANTI NON CONVENZIONALI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente acquisisce conoscenze sull'impiantistica non convenzionale, alternativa ai combustibili fossili, per la produzione di energia su scala industriale ed in particolare di tipo elettronucleare da fissione (reattori di tipo BWR, Boiling Water Reactors, PWR, Pressurized Water Reactor, ed altri innovativi) con particolare riferimento alla progettazione termo-idraulica di base e all'intero ciclo di vita dell'impianto.

Contenuti

Il corso  è caratterizato da lezioni frontali e da laboratori. Le lezioni frontali forniscono  cenni alla progettazione di sistemi nucleari mentre nei laboratori sono illustrate le principali filere di impianto e di produzione combustibile mediante l'uso di sofware simulativi.

Gli argomenti trattati nel corso sono i seguenti

1. L' energia nucleare nei reattori. Produzione di energia, generalità sui reattori nucleari di I,II,III e IV generazione, cicli termodinamici, parametri di progetttazione termica e neutronica per un reattore nucleare, tasso di conversione e breeding;  
2. Progettazione neutronica e sorgenti di calore. Fissione, reazione a catena, energia liberata. Modello neutronico multiscala: cenni ai modelli di trasporto neutronico tridimensionali e cinetica punto. Modelli con inserzioni di reattività e sorgenti termiche negli schermi, nel combustibile e nel moderatore.  Stabilità e controllo del sistema neutronico.
3. Progettazione termoidraulica e scambio di calore nei reattori. Modello termico multiscala: conduzione e convezione nel nocciolo tridimensionale e modello punto per il trasporto di calore nel core, nel circuito primario e in quello secondario. Introduzione alla progettazione termica e studio di transitori per il modello punto termoidraulico. Stabilità e controllo del sistema termoidraulico.
   
4. Progettazione accoppiata neutronica-termoidraulica. Interazione del core con i circuiti primari e secondari. Studio del sistema accoppiato neutronico-termoidraulico con controreazione. Stabilità e controllo.
   
5. Architettura dei sistemi nucleari. Classificazione dei reattori. Funzioni e sottosistemi principali; i reattori ad acqua legera (LWR). Reattori ad acqua pesante (HWR). Reattori a gas (Magnox, AGR, HTGR). Reattori veloci (FBR). Reattori innovativi e di Generation IV.
6. Ciclo del combustibile. Ciclo aperto e ciclo chiuso. Ciclo per i reattori HWR. Ciclo per i reattori veloci. L'arricchimento dell'uranio. La produzione di acqua pesante.

I reattori PWR,  BWR e HWR saranno principalmente studiati  mediante l'uso di software simulativi che illustrano l'applicazione delle nozioni teoriche. Questi software simulativi "Nuclear Reactor Simulators for Education and Training" possono essere visionati alla pagina web  https://www.iaea.org/topics/nuclear-power-reactors/nuclear-reactor-simulators-for-education-and-training. Lo studente alla fine delle esercitazioni sarà chiamato a redigere un progetto che simuli l'accensione, il cambiamento di potenza, lo spegnimento del reattore e vari malfunzionamenti con il software sopra menzionato controllando e modificando i paramentri base termodinamici ed i regimi di funzionamento di un reattore nucleare.

Testi/Bibliografia

Testo di riferimento:

Non è necessario l'acquisto di testi specifici. Sono disponibili note del docente con slides delle lezioni. Tale materiale è reperibile tramite username e password presso AMS Campus - AlmaDL - Università di Bologna.

Testi consigliati per approfondimenti:

M. Cumo, Impianti Nucleari, UTET, 1976
M. M. El-Wakil, Nuclear Power Engineering, McGraw-Hill, 1962
C. Lombardi, Impianti nucleari, CLUP, 2003
L.S.Tong, J.Weisman, Thermal analysis of pressurized water reactor, ANS, 1979
J.R. Lamarsh, Introduction to Nuclear Engineering, Addison-Wesley, 1976
E: Sobrero, Appunti delle lezioni tenute presso la facoltà di Ingegneria dell'Università di Bologna, 1975 e seg.

 

Metodi didattici

Saranno proposte allo studente lezioni convenzionali teoriche in aula e laboratori per la simulazione dei componenti di reattori LWR e HWR.

Lezioni convenzionali in aula.

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite internet. Tale materiale dovrebbe essere stampato e portato alla lezione.

Lezioni  in Laboratorio

I software simulativi sono quelli del programma europeo "Nuclear Reactor Simulators for Education and Training" che possono essere visionati alla pagina web https://www.iaea.org/topics/nuclear-power-reactors/nuclear-reactor-simulators-for-education-and-training

 II materiale didattico presentato nei laboratori verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite internet.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in due prove: una scritta e un progetto

L'esame scritto consiste in una prova con tre domande sugli argomenti trattati nelle sezioni 2-4 :

1) una domanda riguardante la neutronica su argomenti riportati nella sezione 2:  punteggio 0-5.

2) una domanda riguardante la termoidraulica su argomenti riportati nella sezione 3: punteggio 0-5.

3) una domanda riguardante l'accoppiamento termoidraulico su argomenti riportati nella sezione 4: punteggio 0-6.

 

Lo studente alla fine delle esercitazioni sarà chiamato a redigere un progetto che simuli l'accensione, il cambiamento di potenza, lo spegnimento del reattore e varie situazione incidentali con il software sopra menzionato: punteggio 0-16

Il voto finale è la somma dei due voti. Allo studente che supera il punteggio 30/32 verrà data la lode.

Strumenti a supporto della didattica

Il corso viene integrato con l'uso del software"Nuclear Reactor Simulators for Education and Training"  visionabile alla pagina web

https://www.iaea.org/topics/nuclear-power-reactors/nuclear-reactor-simulators-for-education-and-training

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Sandro Manservisi