Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Ingegneria del nocciolo
Docente
Prof. Bianchini Alfredo Giancarlo
Settore Scientifico Disciplinare
ING-IND/18
CFU
12
Descrizione dell'insegnamento

Il corso si articola lungo tre direttrici principali, tra loro strettamente connesse. La prima riguarda alcuni richiami di matematica (analisi, elementi di algebra matriciale, calcoli perturbativi) e di fisica del nucleo. Questi prodromi sono necessari per una comprensione piena della materia che, anche in una trattazione universitaria è di per sé complessa. La seconda direttrice riguarda la fisica del reattore nucleare vera e propria. Sono riportati e analizzati modelli fisicomatematici per predire il comportamento di un reattore nucleare (in generale un sistema moltiplicante) sotto varie condizioni: stabilità, sopra criticità, sotto criticità. Sono considerati vari tipi di reattori nucleari dai tradizionali, refrigerati a moderati ad acqua (leggera e pesante), ai reattori veloci, fino a considerare i reattori sottocritici, detti ADS (Accelerator Driven System). A questo si aggiungono altri argomenti che hanno fatto la storia dello sviluppo dell’uso dell’energia nucleare e che sono ancora all’ordine del giorno, come l’arricchimento dell’uranio. La terza direttrice riguarda le esercitazioni, indispensabili per prendere possesso della materia; tre lezioni riguardano esercizi numerici, ma anche concettuali.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)
Il corso di Ingegneria del Nocciolo fornisce gli strumenti per comprendere i criteri e i principi base della progettazione di un impianto nucleare, dal punto di vista essenzialmente della neutronica. Tuttavia, per la sua importanza, non è trascurata la termoidraulica di un impianto nucleare e, soprattutto l’interazione che essa assume con la neutronica. Entrambi questi campi sono anzi strettamente connessi e non possono essere considerati indipendenti.
Due lezioni di approfondimento, nelle quali sono spiegati ed analizzati in dettaglio due incidenti-tipo in un impianto ad acqua in pressione (PWR), usando un codice di calcolo sviluppato in Enea, forniscono allo studente gli elementi per comprendere questi aspetti.
Inoltre, il corso fornisce gli strumenti per utilizzare alcuni strumenti matematici in alcuni casi molto importanti e ricorrenti, come l’approssimazione di funzioni e di equazioni differenziali difficilmente risolvibili (o non risolvibili affatto) con un approccio di risoluzione diretta.
La verifica della capacità di apprendimento verrà effettuata tramite le prove d’esame, nonché sulla base delle discussioni tenute nell'ambito delle aule virtuali.
Alla fine del corso lo studente è supposto possedere le conoscenze e le capacità per approfondire e poter partecipare a pieno titolo in un gruppo nel quale si progettano, si analizzano o si controllano impianti nucleari.
Prerequisiti

Auspicabili, ma non strettamente necessari: Fisica del Nucleo, Analisi Matematica I e II, Impianti Nucleari.

Contenuti dell'insegnamento
  • Richiami di fisica nucleare (fissione del nucleo, interazione neutroni–materia) e di matematica
  • Diffusione e trasporto dei neutroni
  • Rallentamento dei neutroni
  • Reattore con e senza riflettore
  • Cinetica del Reattore
  • Variazioni della reattività
  • Teoria delle perturbazioni
  • Il ciclo del combustibile
  • Reattori sottocritici
Attività didattiche
Possiamo suddividere le attività didattiche a seconda del materiale a disposizione degli studenti.
  • Lezioni teoriche complete nelle quali sono riportati tutti gli argomenti in dettaglio. Esse possono essere usate dagli studenti per una preparazione teorica di base, insieme al libro di testo.
  • Alla fine è anche riportato un “formulario”, nel quale sono descritte tutte le relazioni, con relative definizioni, usate nelle lezioni. Esso, in quanto sintesi, può costituire un primo approccio molto utile.
  • Un’ampia sintesi del testo precedente, in formato schede di presentazione. Queste sono usate come base per la presentazione in video delle lezioni e sono comunque a disposizione degli studenti.
  • La presentazione in video delle lezioni consente una descrizione dettagliata degli argomenti, con la possibilità di seguire anche i passaggi matematici più complessi, in modo che la comprensione da parte dello studente sia più ampia e più profonda possibile.
  • Una bibliografia molto dettagliata e commentata fornisce la possibilità di ampliare le conoscenze a volontà dello studente.
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame si svolge in forma orale nella sede centrale e scritta nelle sedi periferiche dell’Ateneo. Attraverso la prova d’esame, anche se svolto in modi diversi, viene attuata la verifica della preparazione raggiunta dallo studente durante il corso, in particolare:
  • nella forma orale si verifica di persona la comprensione dei concetti base del corso, come lo studente sia in grado di estrapolarli ad altri concetti e quale sia il percorso che lo porta verso il risultato finale; quindi ci si accerta non solo dell’apprendimento delle conoscenze fornite dallo studio del materiale, ma anche a che livello di profondità lo studente abbia assimilato i concetti appresi;
  • nell’esame scritto sono presentati allo studente dieci quesiti, ai quali egli deve rispondere in modo sintetico e preciso.
Entrambi i tipi di prova, seppure in modi diversi, tendono ad accertare la capacità dello studente di inquadrare l’argomento, definire esattamente cosa si richiede ed elaborare una risposta soddisfacente.
Tutto questo non può prescindere da uno studio attento e da una riflessione approfondita delle materie del corso.
L'esame ha una durata massima di 120 minuti.
Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio del seguente testo:

  • John R. Lamarsh, Introduction to Nuclear Reactor Theory. Addison-Wesley Pubblishing Company, INC, Reading, Massachusettes, USA.
In alternativa:
  • John Lamarsh, Introduction to Nuclear Reactor Theory, American Nuclear Society
Ricevimento studenti

Previo appuntamento (g.bianchini@unimarconi.it).