Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Impianti nucleari I
Docente
Prof. Vitale Di Maio Damiano
Settore Scientifico Disciplinare
ING-IND/19
CFU
6
Descrizione dell'insegnamento

Il corso di Impianti nucleari I fornisce allo studente un quadro generale per quanto riguarda l’applicazione dell’energia nucleare al fine della produzione di energia elettrica e/o calore. Nello specifico si richiameranno concetti di base necessari alla comprensione del funzionamento dei sistemi analizzati.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)

Il corso di Impianti nucleari I si pone l’obiettivo di fornire allo studente un quadro generale per quanto riguarda l’applicazione dell’energia nucleare al fine della produzione di energia elettrica e/o calore. Nello specifico si richiameranno concetti di base necessari alla comprensione del funzionamento dei sistemi analizzati. Al termine del corso, lo studente acquisirà conoscenze specifiche che lo renderanno in grado di:

  • Confrontare costi, vantaggi e svantaggi della produzione di energia da fonte nucleare con quelli della produzione di energia per mezzo di fonti convenzionali.
  • Analizzare nel dettaglio le fasi specifiche del ciclo del combustibile: dall’estrazione del minerale alla fabbricazione, durante l’impiego nel reattore e dal trattamento del combustibile esaurito fino allo smaltimento.
  • Descrivere nel dettaglio gli impianti nucleari a fissione appartenenti a diverse filiere, sia quelli attualmente in esercizio, sia quelli ancora in fase di sviluppo.
  • Conoscere le modalità di funzionamento dei reattori a fusione.
  • Descrivere nel dettaglio quanto avvenuto negli incidenti di Three Mile Island, Chernobyl e Fukushima evidenziando i punti deboli e le “lessons learned”.
  • Svolgere semplici esercizi finalizzati alla valutazione di condizioni tipiche di reattori nucleari ad acqua.
Prerequisiti

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell´insegnamento, è necessario aver sostenuto con successo gli esami di: Matematica I, Matematica II, Matematica III, Fisica generale, Fisica nucleare.

Contenuti dell'insegnamento

“INTRODUZIONE SULL’ENERGIA NUCLEARE”

  • Storia dell’energia nucleare
  • Risorse energetiche mondiali
  • Valutazione dei costi d’investimento e produzione
  • Impatto ambientale degli impianti di produzione dell’energia elettrica
  • Confronto tra impianti nucleari ed impianti di produzione convenzionali
  • Stato attuale dei reattori nucleari in costruzione/esercizio
  • Previsioni future relative al fabbisogno energetico mondiale

“CONCETTI DI BASE PER L’ENERGIA NUCLEARE”

  • La reazione nucleare di fissione
  • La reazione nucleare di fusione
  • Nuclei fissili e nuclei fertili
  • Il concetto della moderazione dei neutroni
  • Bilanci neutronici all’interno del reattore
  • La formula dei 4 fattori
  • Confronto energetico tra Uranio e fonti convenzionali

“RISORSE URANIFERE E IMPIANTI DI LAVORAZIONE DEL COMBUSTIBILE (1)”

  • Le risorse uranifere
  • Le principali fasi del ciclo del combustibile
  • Trattamento e conversione dei minerali uraniferi

“RISORSE URANIFERE E IMPIANTI DI LAVORAZIONE DEL COMBUSTIBILE (2)”

  • Il processo di arricchimento
  • Gli impianti di arricchimento
  • La fabbricazione del combustibile

“IMPIANTI DI RITRATTAMENTO DEL COMBUSTIBILE (1)”

  • Ritrattamento del combustibile esaurito
  • Bilanci di materiale nel ciclo del combustibile

“IMPIANTI DI RITRATTAMENTO DEL COMBUSTIBILE (2)”

  • Trasporto del combustibile
  • Condizionamento e trattamento dei rifiuti radioattivi
  • Smantellamento istallazioni nucleari

“IL CICLO DEL COMBUSTIBILE NUCLEARE”

  • Configurazione di massima di un nocciolo
  • Parametri descrittivi delle prestazioni dei noccioli
  • Classificazione dei reattori nucleari
  • Conversione fertile in fissile

“CICLI TERMODINAMICI NEGLI IMPIANTI NUCLEARI”

  • Cicli con turbine a vapore: Cicli con turbine a gas

“SCHEMI D’IMPIANTO DEI REATTORI NUCLEARI (1)”

  • Impianti BWR
  • Impianti PWR

“SCHEMI D’IMPIANTO DEI REATTORI NUCLEARI (2)”

  • Impianti a gas ad alta temperatura (HTGR)
  • Impianti Gas-grafite e Unat
  • Impianti CANDU (PHWR)
  • Altre filiere particolari

“SCHEMI D’IMPIANTO DEI REATTORI NUCLEARI (3)”

  • La IV generazione di reattori nucleari (obiettivi e finalità)

“SCHEMI D’IMPIANTO DEI REATTORI NUCLEARI (4)”

  • La IV generazione di reattori nucleari (obiettivi e finalità)

“REATTORI ATTUALI”

  • EPR (Areva - Francia)
  • AP1000 (Westinghouse - USA)

“REATTORI DI RICERCA E PER ALTRE FINALITÀ”

  • Reattori sottocritici (progetto Myrrha)
  • Reattori di ricerca e per finalità mediche (JHR)
  • Altri impieghi

“LA FUSIONE NUCLEARE”

  • Reazioni di fusione
  • Condizioni di fusione
  • Tipologie di confinamento delle reazioni
  • Gli impianti nucleari a fusione

“INCIDENTI IN IMPIANTI NUCLEARI DI POTENZA (1)”

  • Definizione e classificazione degli incidenti
  • Classificazione degli effetti incidentali
  • 2 dei 3 incidenti nucleari “severi” in impianti di produzione dell’energia elettrica
  • Three Mile Island (1979)
  • Chernobyl (1986)

“INCIDENTI IN IMPIANTI NUCLEARI DI POTENZA (2)”

  • L’incidente nucleare “severo” verificatosi nell’impianto di Fukushima (2011)
Attività didattiche
Didattica Erogativa
L'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.

Didattica Interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
Criteri di valutazione
Tutte le prove di verifica e autoverifica intermedie previste dai Corsi ed erogate in modalità distance learning sono da considerarsi altamente consigliate e utili ai fini della preparazione e dello studio individuali. Le prove di verifica e autoverifica intermedie non sono obbligatorie ai fini del sostenimento della prova d´esame, la quale deve essere svolta in presenza dello studente davanti ad apposita Commissione ai sensi dell´art. 11 c.7 lett.e) del DM 270/2004.
Modalità della prova finale

Le modalità di svolgimento dell’esame finale si differenziano tra la sede di Roma e le sedi distaccate; nello specifico le modalità sono riportate di seguito.

Sede di Roma:

  • 1 Esercizio scritto (consentito l’uso di calcolatrice e tabelle delle proprietà termo fisiche dell’acqua che verranno fornite in sede d’esame)
  • 2 domande orali (su qualsiasi argomento presente all’interno del programma)

Altre sedi:

  • 1 Esercizio scritto (consentito l’uso di calcolatrice e tabelle delle proprietà termo-fisiche dell’acqua che verranno fornite in sede d’esame)
  • 2 domande scritte a risposta aperta (su qualsiasi argomento presente all’interno del programma)
Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:

  • “Impianti Nucleari”, M. Cumo – casa editrice università La Sapienza (manuale di teoria)
  • “Esercizi di impianti nucleari”, G. Caruso – Casa editrice Aracne (manuale di esercizi)
Ricevimento studenti

Previo appuntamento (d.vitaledimaio@unimarconi.it)