Reattori Rivoluzionari

La creatività delle varie start-up del settore nucleare sembra senza limiti. Oggi vi parliamo di due progetti veramente innovativi. Hanno delle similarità, anche se sono indirizzati ad usi leggermente differenti.

Il primo è HOLOSGEN (www.holosgen.com), un’azienda che sta sviluppando un concetto di reattore radicalmente nuovo. L’idea di base è stata acquisita dagli studi, effettuati negli anni 50 negli USA, per costruire dei mini-reattori per uso aeronautico. Questi progetti non furono finalizzati, tuttavia l’idea di accoppiare una turbina con una sorgente termica nucleare è stata ripresa dai progettisti di HolosGen.

L’idea è di realizzare un piccolo reattore costruito dentro un turboreattore, simile a quelli aeronautici, in cui però la sorgente di calore è un complesso fissile subcritico. Il combustibile sarà probabilmente TRISO. Il raffreddamento sarà fornito dal flusso d’aria della turbina, in un ciclo chiuso Brayton.

Il sistema sarebbe estremamente compatto, tanto da poter essere inserito in un container. Inoltre è previsto di attivare il reattore semplicemente unendo 4 dei sistemi descritti, che accoppiandosi meccanicamente renderebbero il sistema critico.

La modularità estrema del concetto inoltre renderebbe immediata la scalabilità, utilizzando gruppi di 4 turbine. Il sito descrive varie possibilità, fino ad ottenere un sistema capace di produrre oltre 80 MWe. Consigliamo di visitare il sito, dove sono presenti una serie di splendide animazioni che permettono di apprezzare la genialità del progetto.

Il secondo concept è di NUGEN, che ha brevettato uno schema tecnologico con alcune somiglianze al progetto precedente. In particolare l’utilizzo di una turbina, nel quale è presente un sistema fissile. In questo caso è esplicitamente indicata la possibilità di utilizzare l’energia prodotta in termini meccanici (quindi come propulsore navale?).

Si riportano sotto un paio di disegni del concetto, riportati dal sito https://www.nucdev.com.

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Digital Twin per il futuro nucleare USA

Il Dipartimento per l’Energia statunitense ha erogato un notevole stanziamento (27 M$), per finanziare una serie di studi volti alla diminuzione dei costi O&M (Operational & Manutention) dei futuri reattori nucleari. Come noto uno dei problemi che devono affrontare i sistemi di potenza nucleari è la concorrenza (più o sleale…) delle altre fonti energetiche. Prima di tutto i fossili, gas e carbone e poi le varie fonti rinnovabili.

Una delle componenti rilevanti del costo finale del kWh nucleare sono gli oneri di manutenzione e gestione, che fra oneri fissi e variabili possono arrivare ad incidere per il 20%. Il programma di ricerca ha l’obiettivo di arrivare ad una drastica riduzione dei costi fissi di O&M. In particolare si cita un obiettivo di 2 $/MWh, da confrontare con un costo attuale intorno ai 13$/MWh.

GEMINA

Molto interessante è poi il programma di ricerca, denominato GEMINA. Esso mira a sviluppare dei “gemelli digitali” per il design avanzato del reattore, come base della loro strategia di O&M. Gli attori progetteranno strumenti che introducono una maggiore flessibilità nei sistemi dei reattori, una maggiore autonomia operativa e una più rapida iterazione della progettazione. A tale scopo, i team applicheranno diverse tecnologie che promuovono l’efficienza in altri settori, come l’intelligenza artificiale (AI), i sistemi di controllo avanzati, la manutenzione predittiva e il rilevamento dei guasti basato su modelli.

I progetti si concentreranno sulle soluzioni O&M per il nocciolo del reattore, il bilanciamento dell’impianto (BOP) o l’intero sistema dell’impianto del reattore (compresi sia il nocciolo del reattore che il BOP). Poiché i reattori avanzati sono ancora in fase di progettazione, senza unità fisiche operative, i team svilupperanno anche sistemi cyber-fisici. Questi simuleranno le dinamiche operative avanzate del core del reattore, utilizzando una combinazione di strutture sperimentali non nucleari (ad es. circuiti di prova o di flusso ) e software. I team useranno questi sistemi come “risorsa reale”, un surrogato per testare le loro piattaforme gemelle digitali.

Una lista delle aziende/enti di ricerca che beneficeranno degli stanziamenti, insieme ad una descrizione delle attività di ricerca previste, è disponibile a questo LINK.

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Creare un reattore nucleare con la stampa 3D

Sicuramente i nostri lettori, in quanto appassionati di scienza e tecnologia, sono a conoscenza dei progressi fatti dai sistemi di stampa in 3D, o come dicono gli anglosassoni, “additive manufacturing”. Alcune di queste tecnologie sono ormai comuni per la fabbricazione di modelli in resina tridimensionali. In realtà ne esistono molti tipologie (una categorizzazione la trovate a questo link ).

Ai laboratori di Oak Ridge, una delle punte di diamante della ricerca nucleare USA, è in corso un esperimento per produrre un mini reattore utilizzando queste tecnologie. Il TCR, “Trasformational Challenge Reactor” è un progetto per “dimostrare un approccio rivoluzionario alla diffusione di nuovi sistemi ad energia nucleare. Costruendo e facendo funzionare un microreattore fabbricato in 3D, il programma esplorerà nuove soluzioni ai costi elevati e alle lunghe tempistiche di costruzione che minacciano il futuro dell’energia nucleare, la più grande fonte di energia carbon-free del paese.” Questo il titolo del sito dove viene presentato il progetto, a questo link .

L’obiettivo del progetto è quindi di sviluppare nuove tecnologie per rendere i futuri reattori molto più semplici e veloci da costruire e gestire. Il prototipo sarà un mini reattore, in funzione entro il 2023, con una potenza termica di 3 MW, un core di combustibile semifluido (TRISO) al nitruro di uranio, moderato da un composto solido di idruro di Yttrio. Il sistema sarà raffreddato da elio pressurizzato.

Sotto una figura tratta dai documenti disponibili sul sito del progetto:

Sono disponibili anche dei video che delineano e riassumono il progetto:

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Altre soluzioni per la gestione dei rifiuti nucleari

I ricercatori della Texas A e M University hanno escogitato un approccio semplice e “resistente alla proliferazione” per separare i diversi componenti delle scorie nucleari. Una reazione chimica, descritta nel numero di febbraio della rivista “Industrial and Engineering Chemistry Research”, porta alla formazione di cristalli, distribuiti uniformemente, contenenti tutti gli elementi residui del combustibile nucleare.

I ricercatori hanno anche osservato come la semplicità del loro approccio possa rendere possibile la veloce migrazione dal laboratorio all’industria. L’obiettivo dello studio era la ricerca di una semplice reazione chimica in grado di separare tutti gli elementi chimici del combustibile nucleare.

Da studi precedenti, i ricercatori sapevano che, a temperatura ambiente, l’uranio forma cristalli in acido nitrico forte. All’interno di questi cristalli, gli atomi di uranio sono disposti in un profilo unico: un atomo di uranio centrale è inserito tra due atomi di ossigeno su entrambi i lati, condividendo sei elettroni con ciascun atomo di ossigeno.

I ricercatori hanno ipotizzato che, se il plutonio, il nettunio e l’americio, potessero assumere una struttura di legame simile con l’ossigeno, come l’uranio, questi elementi si integrerebbero nel cristallo di uranio.

Per i loro esperimenti, hanno preparato una soluzione di uranio, plutonio, nettunio e americio in acido nitrico altamente concentrato a 60-90 gradi Celsius. Questo scenario consente di imitare la dissoluzione di una barra di combustibile reale nell’acido forte. Gli scienziati hanno verificato che quando la soluzione raggiungeva la temperatura ambiente, l’uranio, il nettunio, il plutonio e l’americio si erano separati in blocco dalla soluzione, distribuendosi uniformemente all’interno dei cristalli.

Migliorare l’anti-proliferazione

Questo processo semplificato “in un singolo passaggio” è inoltre “resistente alla proliferazione” poiché il plutonio non viene isolato, ma incorporato nei cristalli di uranio. La presenza simultanea di nettunio e americio rende impraticabile l’utilizzo di tale miscela come esplosivo nucleare.

Scorie sotto sale…

Un’altra promettente iniziativa di studio è quella denominata BATS (“Brine Availability Test in Salt”). E’ uno studio per valutare la fattibilità dell’utilizzo di miniere o formazioni di sale, per conservare i residui ad alta attività dei reattori di potenza. Ricordiamo che sono già utilizzati alcuni di questi depositi per conservare rifiuti di livello intermedio, ad esempio il WIPP negli USA.

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Scorie nucleari – nuovi studi e soluzioni

Torniamo sull’argomento scorie (o “rifiuti”) nucleari, di cui abbiamo parlato di recente. E ne scriveremo ancora, perché il 2020 non sarà solo l’anno dell’epidemia di Covid-19. Sarà anche il momento in cui partirà il primo deposito definitivo (in Europa) per i rifiuti altamente radioattivi. Nel silenzio generale (scontato) della stampa generalista, negli ultimi anni la piccola Finlandia ha portato a termine il suo progetto di sistemazione definitiva dei residui di combustibile dei suoi reattori. Il sito di Posiva contiene tutte le info e aggiornamenti sull’apertura del deposito.

Riportiamo inoltre dettagli su un altro interessantissimo progetto. Una start-up statunitense (DeepIsolation), ha proposto di utilizzare la tecnica del seppellimento in pozzi super-profondi (ne abbiamo parlato QUI). La metodologia suggerita è però estremamente innovativa. Si propone infatti di riutilizzare le tecniche di prospezione profonda, messe a punto per il “fracking”, la controversa (ma efficace) tecnica di estrazione del shale gas e shale oil, utilizzata soprattutto negli USA.

Recentemente l’azienda ha portato a termine un test sul campo per dimostrare la fattibilità tecnologica e ha rilasciato la Safety Analysis della soluzione. Il documento, di estremo interesse, è disponibile sul sito dell’azienda e lo abbiamo linkato QUI.

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Caorso – robot per lo smaltimento dei rifiuti

Continuano le attività per il decommissioning di quello che è stato il più grande reattore nucleare in attività in Italia. Attualmente si stanno estraendo le resine di filtraggio accumulate nei depositi della centrale. Una volta trattate, dovranno essere stoccate in un deposito per le scorie a media attività.

Questa attività è iniziata utilizzando un sistema robotizzato, progettato, prodotto, installato e utilizzato da Ansaldo Nucleare. Il robot effettuerà l’estrazione e il recupero di 2.000 fusti di scorie radioattive da aree di stoccaggio, di difficile accesso, presso la centrale nucleare di Caorso. È stato utilizzato per recuperare, verificare, sigillare e imballare i tamburi radioattivi.

La società ha affermato che l’attività fa parte di uno dei progetti di smantellamento più grandi e complessi del settore. Secondo i termini della licenza di disattivazione, ottenuta nel 2014, uno dei progetti chiave è il trattamento e il condizionamento di circa 860 tonnellate di resine a scambio ionico radioattivi. Le resine sono ancora contenute in due edifici di stoccaggio temporaneo presso la struttura di Caorso.

Questi rifiuti rappresentano oltre il 90% dell’inventario della contaminazione di Caorso. Lo scopo del progetto è trattare le resine, con un fattore di riduzione del volume di 10, mentre si svuotano i due edifici di stoccaggio al fine di ristrutturarli.

Ansaldo Nucleare ha ricevuto un contratto nel 2015 dalla società di smantellamento nucleare e gestione dei rifiuti radioattivi Sogin. Il contratto prevede il recupero, trasporto, trattamento ed il condizionamento delle resine e dei fanghi esauriti. Si tratta di una joint venture con la società della Slovacchia Javys.

Sotto un foto del robot (riportata dal sito Nuclear News, concessa da Ansaldo Nucleare)

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USA – microreattori per la Difesa (e non solo)

Facendo seguito all’articolo precedente, riporto un’altra “good news” per quanto riguarda i microreattori nucleari. La Difesa USA ha lanciato (e finanziato, con circa 40 M$) un progetto biennale per la realizzazione del prototipo di un microreattore nucleare, con potenza fra 1 e 5 MWe.

L’utilizzo dei microreattori, oltre che per l’alimentazione di basi militari, potrebbe essere esteso anche al campo civile. Infatti uno degli elementi peculiari del progetto risiede nel fatto che il reattore deve essere trasportabile. Quindi potrebbero essere vantaggiosamente utilizzati in caso di catastrofi naturali. Un sintesi delle caratteristiche richieste è la seguente:

Costruzione in fabbrica: tutti i componenti di un microreattore sarebbero completamente assemblati in una fabbrica e spediti sul posto. Ciò elimina le difficoltà associate alla costruzione su larga scala, riduce i costi di capitale e aiuterebbe a far funzionare rapidamente il reattore.

Trasportabilità: il design renderà i microreattori facilmente trasportabili. Ciò renderebbe più facile spedire l’intero reattore in camion, nave, aereo o vagone ferroviario.

Autoregolazione: il design deve consentire l’autoregolazione dei microreattori. I sistemi non richiederanno un elevato numero di operatori specializzati e utilizzeranno sistemi di sicurezza passivi. Questi impediranno qualsiasi potenziale surriscaldamento o la fusione del reattore.

Nessuna necessità di rifornimento: i reattori potranno erogare energia per almeno 10 anni, senza necessità di sostituzione del combustibile.

Le aziende che sono state scelte per sviluppare il progetto sono le seguenti, con i relativi fondi:

  1. Westinghouse Government Services, Washington: $11.9M;
  2. BWX Technologies, Virginia: $13.5M.
  3. X-energy, Maryland: $14.3M

Nel seguito un’efficace infografica che riassume le caratteristiche di questi reattori, tratta dal sito del U.S. Department Of Energy.

Microreattori (

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AURORA è più vicina..

Tempo fa avevamo riportato l’avanzamento del progetto di una startup statunitense (OKLO). E’ di qualche giorno fa la notizia che l’azienda ha presentato ufficialmente una richiesta per procedere alla costruzione di un prototipo del reattore.

Negli USA questo processo deve passare attraverso l’approfondita revisione da parte della NRC. Il costruttore o la utility deve presentare una richiesta di licenza di costruzione ed esercizio, denominata COLA (COmbined Licence Application).

La notizia è interessante anche perché si tratta della prima volta che viene richiesta la licenza per un reattore nucleare che non sia PWR o BWR (moderato e raffreddato ad acqua).

Anche la modalità di richiesta è stata innovativa: online e con documentazione disponibile pubblicamente su Dropbox. Curiosi di leggerla?? Eccola a questo link.

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Quanto dura un reattore di potenza?

Si sente spesso dire che i reattori nucleari, in Europa e negli USA, siano”vecchi”. Il sottinteso è che il loro livello di sicurezza e affidabilità non sia più soddisfacente. In realtà la gestione dei reattori (almeno nei paesi OCSE) è assimilabile per certi versi a quella degli aeroplani civili. Mediante un processo continuo di monitoraggio e manutenzione preventiva, queste macchine sono sempre tenute ad un elevato livello di sicurezza e qualità di funzionamento.

Per dare qualche elemento di valutazione supplementare, abbiamo riportato in QUESTA sezione del nostro blog alcune considerazioni. Sono state liberamente tradotte dalla documentazione della NRC americana, ma possono comunque essere considerate valide anche per i reattori europei.

Buona lettura!!

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Un Reattore Open Source

Nel mondo dell’informatica i sistemi OS (Open Source) sono quelli di cui è disponibile il codice sorgente. In pratica chiunque può vedere ed anche modificare un software OS, avendo accesso al suo codice. Pensate a cosa sarebbe possibile se questo accadesse anche per i sistemi industriali più complessi… ad esempio un reattore nucleare.

E’ quello che stanno cominciando a fare i fondatori di Open-100, emanazione diretta del think-tank Energy Impact Centre. La loro iniziativa consiste nel rendere di pubblico dominio una serie di documenti inerenti un reattore SMR (100 MWe) derivato dai progetti originali di un PWR da 1100 MWe.

La speranza è quella di attrarre investitori, ingegneri ed imprese che possano sviluppare in modo collaborativo un SMR poco costoso e soprattutto veloce da ingegnerizzare e realizzare. Sotto abbiamo riportate qualche immagine del concept (reattore”urbano” come potete vedere…).

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Progressi nel trattamento dei rifiuti nucleari ad alta attività

La gestione dei rifiuti nucleari, in particolare quelli ad alta radioattività, è sempre stato un elemento rilevante, nel’ambito dello sfruttamento dell’energia nucleare.

Questo non tanto perché non esistano soluzioni valide e tecnicamente difendibili, ma in quanto viene percepito come un problema irresolubile dalla pubblica opinione. Rimandiamo, ad esempio, a questi link (in questo sito o sul sito di StandupfornuclearMilano, ad esempio) per una disamina di quanto già si può fare oggi.

La news di oggi che vogliamo evidenziare è uno studio, pubblicato qui, in merito alla possibilità di migliorare drasticamente la separazione, nel combustibile irraggiato, dei cosiddetti attinidi minori. Questi (ad esempio Americio o Nettunio), sono isotopi altamente radioattivi, con vita media di migliaia di anni. Potranno essere riciclati nei futuri reattori veloci, come si può fare per uranio e plutonio, ma con notevole difficoltà.

L’articolo è piuttosto tecnico, (questo il link alla pubblicazione originale) ma è solo un esempio di come la ricerca sia al lavoro per migliorare ancora la sistemazione di questi materiali.

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CAORSO: trasferiti in Slovacchia rifiuti a media attività

Il processo di decommissioning del reattore di Caorso ha fatto un altro importante passo avanti. Il primo dei 33 trasporti, per spostare circa 5.600 fusti, di resine radioattive e fanghi della centrale nucleare è partito per un impianto vicino alla centrale nucleare di Bohunice, in Slovacchia, per il trattamento e il condizionamento.

Questa è la seconda e ultima fase del programma di trasferimento, che costa 37 milioni di euro e dovrebbe concludersi nel 2022. I rifiuti vengono spediti a Bohunice (Slovacchia). Infatti la società slovacca specializzata Javys ha vinto un appalto pubblico, ha spiegato Sogin in una e-mail.

Al termine del processo, i prodotti finali torneranno a Caorso. Saranno conservati in un deposito temporaneo in loco, pronti per essere trasferiti in un deposito nazionale.

Il trasferimento dei rifiuti, che rappresenta circa il 70% dei rifiuti di Caorso, consentirà di svuotare e potenziare tre edifici di deposito intermedi, senza la necessità di costruire nuovi depositi temporanei.

La prima fase del progetto, nel giugno 2018, ha comportato l’invio di 336 tamburi, in modo da poter effettuare test a caldo presso la struttura slovacca. I test positivi hanno portato all’autorizzazione per la spedizione dei rifiuti rimanenti.

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Sud Africa: il ritorno degli HTGR

Negli anni ’90 il Sud Africa aveva avviato un ambizioso progetto di ricerca, per lo sviluppo di un reattore HTGR. Obiettivo del programma era l’industrializzazione di un reattore per la produzione di elettricità e calore ad uso industriale: PBMR. Il programma di ricerca venne interrotto dopo una decina di anni, a causa di fattori politici e tecnici. Fra questi ultimi il più rilevante fu probabilmente il fallimento del progetto tedesco ATR, alla cui tecnologia si ispirava. A questo proposito è interessante rivedere il report prodotto dal centro ricerca di Julich, nel quale si analizzano le carenze del progetto tedesco ATR.

La società Eskom, a cui appartiene la proprietà intellettuale del progetto, ha di recente dichiarato di essere alla ricerca di partner industriali e/o scientifici, per riavviare il progetto (link), definito come Small-Medium Reactor con combustibile TRISO.

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Una collaborazione SMART

Un altro progetto di reattore SMART sta partendo, questa volta in casa di uno dei più grandi paesi produttori di petrolio..

Dopo vari anni di studio l’Arabia Saudita ha ufficializzato la partenza della fase di pre-ingegnerizzazione di un reattore SMR. Si tratta del progetto SMART, di concezione sud-coreana. E’ un reattore piccolo e modulare, progettato per produrre 100 MWe di energia elettrica e simultaneamente fungere da impianto di desalinizzazione del’acqua.

Troverete tutti i dettagli nel consueto dettagliato report del database ARIS della IAEA, a questo link

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Russia – avviata la costruzione di un reattore di Quarta generazione

In Russia sono in funzione o costruzione svariati reattori dell’ultima generazione. Sono anche in funzione reattori veloci raffreddati a sodio liquido (BN-600 e BN-800). Inoltre la Russia è uno dei pochi paesi ad aver intrapreso con decisione la strada del riprocessamento del combustibile. E’ stata ora avviata la costruzione del prototipo di un reattore veloce raffreddato a piombo, una tecnologia già usata per alcuni sottomarini militari negli anni 90. In questo caso il reattore (BREST-OD-300), sarà realizzato in una struttura integrata dove avverrà anche il riprocessamento del combustibile.

Maggiori dettagli tecnici possono essere trovati qui (sito IAEA)

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Reattori Nucleari più sicuri – un articolo sulle Scienze

La prestigiosa rivista “Le Scienze” ha pubblicato, nel numero di Gennaio 2020, un articolo molto interessante sulle “10 tecnologie più innovative del 2020“. Una di queste è (ovviamente…) il complesso di tecnologie che rivoluzioneranno i reattori nucleari nel prossimo futuro. Si va dai combustibili resilienti alle situazioni incidentali, ai nuovi reattori SMR.

La versione originale in inglese dell’articolo a questo link.

Buona lettura!

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Una start-up nucleare dove meno te l’aspetti …

Forse qualcosa sta veramente cambiando nell’evoluzione energetica del mondo. Nonostante i bassi prezzi degli idrocarburi (per ora..) ed il forte sostegno alle energie rinnovabile da parte di molti governi e delle rispettive opinioni pubbliche, i segnali che tutto questo non sia sufficiente sono molteplici. Dal nostro punto di vista, come modesti osservatori dello sviluppo di nuove tecnologie nucleari, segnaliamo come una piacevole novità la presenza di una nuova start-up nel campo dei reattori a fissione.

Per quanto possa sembrare inverosimile, questa azienda è nata e si sta sviluppando in Europa, nella piccola Danimarca. Un paese che non ha mai avuto impianti nucleari (il nucleare è stato proibito per legge dal 1985!) e che ha investito pesantemente nei sistemi eolici off-shore. Il team di Seaborg Technologies sta progettando un reattore a sali fusi estremamente compatto, alimentatile sia con uranio, che con torio, con la possibilità di bruciare anche il combustibile nucleare esausto. Il progetto ha ricevuto finanziamenti sia da enti pubblici locali che da fondi europei. L’azienda ha i suoi uffici a Copenaghen.

Segnaliamo anche un’altra azienda, sempre nella capitale danese, che progetta tecnologie nello stesso ambito, con focus sul ciclo del Torio: copenaghenatomics.

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L’AURORA sta arrivando

Sicuramente è il reattore nucleare con il nome più suggestivo mai creato… AURORA è la denominazione del progetto della OKLO, una startup californiana. L’azienda sta lavorando “nell’ombra” da molti anni alla creazione di un reattore ultracompatto, destinato ad erogare fino a 1,5 MW elettrici, oppure calore ad uso industriale.

L’azienda ha appena ottenuto dal Dipartimento dell’Energia statunitense il permesso di realizzare un prototipo presso i laboratori INL e sta preparando la richiesta di certificazione presso la NRC (Nuclear Regulatory Commission). Sotto un’immagine di come potrebbe presentarsi il futuro reattore:

Il reattore è a neutroni veloci, raffreddato mediante sodio liquido attraverso “heat pipes”, concepito per funzionare molti anni senza ricambio del combustibile. E’ quindi concettualmente simile ad altri progetti di “pila nucleare” (vedi ad esempio il progetto di Westinghouse eVinci).

P.S. Sapete da cosa deriva il nome dell’azienda??

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MIT: il costo della decarbonizzazione

Spesso viene citato l’indicatore LCOE come misuratore principale del costo delle varie fonti di energia. Tuttavia un numero crescente di studi sta mettendo in luce come sia perlomeno scorretto confrontare direttamente, con questo parametro, il costo per kWh delle fonti “baseload” e delle fonti “intermittenti” (solare, eolico ecc.).

Nello studio riportato, scaricabile a questo link, queste considerazioni sono applicate alla stima dei costi per decarbonizzare massicciamente il sistema energetico degli USA. Una delle conclusioni più interessanti dello studio è che le fonti intermittenti possono concorrere efficacemente a questo obiettivo.

Tuttavia, il loro contributo non richiede enormi costi, fino a che tali fonti non superino il 40% della potenza installata.

Inoltre riducendo marginalmente il costo di produzione del kWh da fonte nucleare, quest’ultima fonte può contribuire in modo decisivo all’obiettivo ipotizzato.

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Reattori di ricerca in Italia

In Italia esistono ancora reattori nucleari in attività, nonostante la chiusura dei sistemi di potenza a seguito del referendum del 1987. Si tratta dei reattori utilizzati a scopo di ricerca, presenti nei laboratori o università, quasi tutti giunti in Italia negli anni 60 dagli USA. Come riportato da Wikipedia, i reattori attualmente in funzione sono quattro:

  • Pavia – TRIGA LENA (modello TRIGA Mk.II, 250 kW): Università di Pavia (1965 – operativo)
  • Palermo – AGN-201 “Costanza” (zero-power): Università di Palermo (1960 – operativo)
  • (Roma) – TRIGA RC-1 (modello TRIGA Mk.II modificato, 1MW): Ente Nazionale Energia Atomica – Centro di Ricerca Casaccia (1960–1987, riattivato 2010-operativo)
  • (Roma) – TAPIRO (modello Argonne Fast Source Reactor modificato, 5 kW): Ente Nazionale Energia Atomica – Centro Ricerca Casaccia (1971–1987, riattivato 2010-operativo)

I sistemi sono tutti sub-critici, quindi non adatti per un funzionamento continuo e ovviamente non erogano energia (elettrica). Queste macchine tuttavia sono proficuamente utilizzate per attività di ricerca in moltissimi campi. Sono infatti gli ultimi e unici sistemi rimasti in Italia in grado di sviluppare flussi neutronici (escludendo gli acceleratori di particelle ed i tokamak).

E’ interessante segnalare come, di recente, gli esperti della IAEA, nell’ambito delle attività di supporto ai centri di ricerca, abbiano effettuato una survey del reattore LENA di Pavia (link seguente).

https://www.iaea.org/newscenter/news/integrated-research-reactor-utilization-review-mission-concludes-in-italy

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Reattori ad alta temperatura in Giordania

La Giordania ha firmato una lettera di intenti con una start-up USA per la valutazione della tecnologia HTGR per un reattore nucleare da costruire entro il 2030. L’azienda americana (X-Energy) propone un reattore compatto, raffreddato ad elio, con caratteristiche simili ai sistemi HTGR sviluppati negli anni 70 in Sudafrica, USA e Germania. Il reattore è infatti alimentato da combustibile arricchito contenuto in sferette di carbonio pirolitico (TRISO, TRistructural ISOtropic): un nocciolo di uranio, che è rivestito con tre strati di carbonio pirolitico e uno strato di carburo di silicio. Questi rivestimenti incapsulano tutti i radionuclidi in ogni condizione operativa.

L’architettura proposta da X-energy si adatta bene allo scenario Giordano, che necessita di energia a basso costo, alta sicurezza e dove le risorse idriche sono scarse. X-Energy è anche impegnata nella realizzazione presso il laboratori ORNL di un impianto per la fabbricazione di combustibile TRISO per i futuri reattori avanzati.

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Piccoli reattori in Europa crescono

La fioritura di progetti SMR (Small Medium Reactor) comincia a suscitare interesse anche in Europa. Negli ultimi mesi altri tre quattro paesi hanno manifestato un concreto interesse verso differenti progetti di mini-reattori. Vediamo nei dettagli gli annunci fatti.

UCRAINA – in giugno è stato siglato un accordo di cooperazione fra un centro ricerche, la più grande compagnia elettrica ucraina ed Holtec, per sviluppare in questo paese il progetto dell’ SMR-160 (per info su questo progetto vedere questo link).

REPUBBLICA CECA – In agosto firmato un MoU fra il gruppo pubblivo CEZ e NuScale

ESTONIA – sono stati sottoscritti due differenti accordi. Il primo fra la compagnia estone Fermi Energia e la canadese Moltex Energy. Moltex sta sviluppando un reattore della 4° generazione a sali fusi. Un secondo accordo di cooperazione riguardava fra la stessa compagnia e GE-Hitachi ().

BWRX è uno sviluppo del reattore ESBWR (certificato da NRC negli USA), ottenuto mediante un “downsizing” del progetto originale. Con una potenza di 300 MWe, caratteristiche di sicurezza molto spinte ed un costo (ipotizzato) estremamente aggressivo, è uno dei progetti più interessanti fra i reattori di nuova concezione.

Un presentazione del concept si può trovare qui.

POLONIA – In Polonia un’azienda privata ha firmato un MoU per lo stesso progetto descritto precedentemente (BWRX). Qui la fonte giornalistica.

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La Rolls Royce dei Reattori Nucleari

Brexit o no, anche la Gran Bretagna si avvia sulla strada dei nuovi reattori, in particolare degli SMR. Un consorzio industriale guidato dalla Rolls Royce ha presentato il concept di un nuovo reattore, interamente progettato in UK. Si tratta di un SMR, ma ovviamente non poteva essere simile a uno degli oltre cinquanta progetti di Small-Medium Reactor in sviluppo nel mondo:-)

Innanzitutto il reattore è grandicello per essere un SMR, oltre 400 MWe per unità. Ha una struttura a 3 loop di raffreddamento, con vari sistemi anche passivi per il raffreddamento d’emergenza. Per il resto mantiene molte delle caratteristiche dei reattori di terza generazione: PWR, combustibile UO2 con arricchimento standard ecc.

Un aspetto importante è costituito ovviamente dalle dimensioni e dalla realizzazione modulare, che dovrebbero consentire una riduzione dei tempi di realizzazione e del costo. Per quanto riguarda quest’ultimo, l’azienda stima un costo di circa 2,3 miliardi di $, se la realizzazione comprenderà almeno 5 unità. Nonostante sia per ora un progetto sulla carta, il produttore sta già valutando i possibili siti per l’installazione.

La capofila del consorzio (Rolls Royce) ha un’importante esperienza sia nella progettazione che costruzione di componentistica nucleare, ma soprattutto nella realizzazione di reattori per la propulsione dei sottomarini militari.

Ulteriori dettagli a questo link:

https://www.rolls-royce.com/products-and-services/nuclear/small-modular-reactors.aspx#section-why-smrs

Nella figura sotto una raffigurazione del concept:

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Fusione: nuovo tokamak in Italia

Nell’ambito del programma EUROFusion è stato assegnato un cospicuo finanziamento per la realizzazione di un Tokamak presso l’ENEA di Frascati.

La macchina (DTT, Divertor Tokamak Test) sarà completata nel 2022 e si prevede un’attività sperimentale di oltre vent’anni. Il DTT infatti, avrà un compito fondamentale per la realizzazione di DEMO, ovvero il primo “vero” reattore a fusione, in grado di erogare energia elettrica.

Uno dei più difficili problemi dei Tokamak (oltre a mantenere il plasma nelle condizioni di temperatura e pressione ottimali per innescare e mantenere la fusione) è quello dell’estrazione delle impurità del plasma. Queste impurità (ioni non di idrogeno) sono letali per il mantenimento del plasma nelle condizioni di fusione e devono essere rimossi dal plasma.

Queste impurità vengono estratte dal plasma e fatte collidere su particolari artefatti (chiamati “Divertori”). Il problema è che i flussi termici coinvolti sono mostruosi (decine di MW per metro quadrato). E’ stato quindi deciso di utilizzare un Tokamak dedicato (il DTT, appunto) per studiare soluzioni alternative per questo problema.

Il DTT quindi è una macchina di pura ricerca, che offrirà la possibilità all’Italia di effettuare ricerche all’avanguardia in numerose rami della fisica applicata. Anche se su alcuni articoli apparsi sulla stampa si parla di “prototipo di reattore”, DTT non produrrà nemmeno un Watt di elettricità, come pure il gigantesco ITER, in costruzione in Francia,

Sarà il futuribile DEMO, previsto per la seconda metà del ventunesimo secolo, a coronare un secolo di studi e ricerche per produrre elettricità dalla fusione controllata.

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Idrogeno dal nucleare: partono i test con tre reattori

Tre impianti nucleari sono stati selezionati per collaborare con l’Idaho National Laboratory per iniziare a produrre idrogeno per uso commerciale.

Il progetto dimostrerà come l’idrogeno proveniente dalle operazioni nucleari commerciali può essere utilizzato per produrre prodotti e materie prime “verdi”. Le quantità saranno significative per uso domestico e per l’esportazione verso i mercati internazionali.

Il progetto, della durata di due anni, guidato da FirstEnergy Solutions, implementerà un’unità di elettrolisi a bassa temperatura da 1 a 3 MWe per produrre quantità commerciali di idrogeno. Il primo sito, pianificato per il 2020, è la centrale nucleare di Davis-Besse di FirstEnergy Solution, vicino a Toledo, Ohio.

L’idrogeno di Davis-Besse potrebbe inizialmente essere utilizzato per la fornitura al trasporto pubblico nell’Ohio, in nuovi impianti in costruzione per produrre prodotti siderurgici o per altri prodotti commerciali. Questa potrebbe essere una strategia per eliminare la necessità di una centrale nucleare di produrre in modo variabile, come i sistemi a energia rinnovabile.

Invece di ridurre il carico quando le energie rinnovabili sono alla capacità nominale, il carico verrebbe spostato alla generazione di idrogeno e il reattore verrebbe mantenuto a piena potenza, eliminando così le ben note preoccupazioni relative al carico variabile. In altre parole, è una forma di “sostituzione del carico” per facilitare il lavoro di rendere le centrali nucleari compatibili sulla rete con la natura intermittente delle energie rinnovabili.

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Francia: il nucleare riparte con i piccoli

La Francia ha uno dei più grandi complessi di reattori nucleari di potenza nel mondo. E nonostante le pressioni combinate di parte dell’opinione pubblica, dopo gli incidenti di Tchernobyl e Fukushima e dei gruppi economici dell’industria dei fossili e delle rinnovabili, è ben decisa a continuare su questa strada.

Tuttavia la soluzione dei reattori sempre più grandi e complessi sta mostrando i suoi limiti. I problemi continui nel completamento del nuovo reattore di Flamaville (EPR) stanno suggerendo di esplorare nuove strategie.

Dopo aver abbandonato il progetto europeo ASTRID (per un reattore veloce di 4° generazione), è stata resa nota, da parte della CEA (Agenzia per lo sviluppo del nucleare), la volontà di avviare un progetto di sviluppo per un SMR tutto tricolore (francese ovviamente). Denominato NUWARD, ha l’obiettivo di commercializzare un PWR da circa 170 MWe entro il 2030.

Il progetto sarà una joint-venture di CEA, EDF, NavalGroup e TechnicAtome, queste ultime sono le aziende francesi che hanno sviluppato i reattori per i sottomarini nucleari francesi.

Il progetto potrebbe essere integrato da una collaborazione con Westinghouse, che “rispolvererebbe” i propri disegni di SMR, lasciati nel cassetto anni fa.

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Gestione dei rifiuti altamenti radioattivi – una nuova opzione passa allo stato sperimentale

Un’altra opportunità è stata recentemente testata negli USA, da parte di una start-up (Deep Isolation), che ha effettuato un primo test ingegneristico della propria tecnologia. L’idea (descritta anche nel nostro spazio “Prima e dopo la Fissione”) consiste nel seppellire i rifiuti, opportunamente incapsulati, a grandissima profondità, al di sotto di formazioni geologiche stabili.

Una soluzione definitiva per la gestione dei rifiuti HLW (High-Level Waste) è già disponibile ed è rappresentata dalla dislocazione in siti geologici profondi dei residui altamente radioattivi (Esempi: WIPP negli USA e Posiva in Finlandia).

Deep Isolation ha effettuato una prima di serie di test dimostrando la fattibilità tecnica delle operazioni. Una descrizione più completa a questo LINK. Da notare come la tecnologia utilizzata sia stata mutuata da quella utilizzata per effettuare il Fracking dello shale oil o shale gas…

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Antiproliferazione: tracciare le diversioni di fissile con i neutrini

Il controllo delle possibili diversioni di materiale fissile, per un utilizzo non autorizzato (tipicamente militare) è una componente importante della sicurezza di tutto il ciclo del combustibile nucleare. Vi suggerisco un interessante articolo di review di una nuova tecnologia, che potrebbe integrare efficacemente le attuali metodologie di controllo. In pratica un grosso rivelatore di neutrini verrebbe collocato nelle vicinanze del reattore da monitorare. Il rivelatore sarebbe in grado di rivelare gli antineutrini prodotti a seguito della reazione di fissione. La tracciatura potrebbe essere così precisa da indicare ogni cambiamento anomalo nella quantità di fissile del reattore.
L’articolo è reperibile qui e contiene anche una ricca serie di riferimenti… buona lettura!

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Combustibili ad alta sicurezza

Il Dipartimento dell’Energia statunitense  (DOE) ha assegnato  33.7 milioni di dollari ad un progetto della  GE per continuare lo sviluppo di materiali avanzati per i combustibili nucleari.
Il progetto, della durata di due anni e mezzo, mira a sviluppare e provare nuove barre di combustibile più resistenti e con prestazioni migliorate, in condizioni sia normali che accidentali. Oltre al Centro di ricerca di GE, parteciperanno i principali Laboratori federali: Los Alamos, Oak Ridge e Idaho National Laboratories, con partnership anche di aziende del ramo energia come Southern Nuclear ed Exelon Generation.

L’iniziativa segue il progetto IRONCLAD, creato con l’obiettivo di sviluppare nuovi materiali per il rivestimento dei combustibili, che possano tollerare meglio la perdita di raffreddamento attivo nel nucleo, mantenendo o migliorando le prestazioni del carburante e l’economia durante le normali operazioni.

News liberamente estratta e tradotta da:

http://www.world-nuclear-news.org/Articles/GE-secures-funding-for-advanced-fuel-development?feed=feed

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La fusione accende altre startup

Il numero di start-up impegnate nella ricerca nucleare continua ad aumentare. Alcune (inevitabilmente) soccombono, molte altre nascono e ricevono cospicui finanziamenti. Il bilancio del 2017 è confortante: l’unica start-up nucleare che ha annunciato la fine della sua avventura è Transatomicpower. Il progetto, un reattore a sali fusi con un innovativo moderatore, non ha ottenuto sufficienti finanziamenti per proseguire la ricerca (https://neutronbytes.com/2018/09/30/transatomic-folds-its-tent-but-its-leagcy-may-live-on/).

Nel campo della fusione invece, sono in fase di decollo molte altre promettenti avventure industriali. Ne riportiamo alcune:

  1. CFS- Commonwealth Fusion System: propone un tokamak, ma molto più piccolo rispetto ai classici progetti, usando superconduttori ad alta temperatura (YBCO). Spin-off dell’MIT, finanziata fra l’altro dall’italiana ENI (…!).
  2. Compact Fusion System (CFS): basata a Santa FE, propone anch’essa un approccio misto magnetico e inerziale.
  3. Hyperjet Fusion: come le due precedenti. Il sito contiene una estesa descrizione della tecnologia proposta.
  4. TAE:  sistema di fusione basato su una miscela di plasma ultradenso. Da notare come il cocktail di carburante sia una miscela di idrogeno e boro!

Per quanto futuribili possano sembrare alcuni di questi approcci, la quantità di investimenti ed il calibro degli accademici dietro a questi progetti, suggerisce un’elevata confidenza nel successo di queste tecnologie.

Nel frattempo ITER produrrà il primo plasma nel 2025 (non ancora energia…).

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Ancora una startup, ma svedese!

Il già affollato gruppo di startup nucleari si è arricchito di una nuova azienda, che sta sviluppando un reattore di piccola potenza (3 MW) adatto per erogare energia ad utenze off-grid. Lo scenario tipico è costituito dai siti di estrazione mineraria canadesi.

Il progetto si basa su un reattore veloce raffreddato a piombo, denominato SEALER. L’interessante novità è che il progetto è stato finanziato da un gruppo industrale indiano (Essel) per sviluppare un prototipo e che l’azienda che sta lavorando al progetto (LEADCOLD) ha proposto il progetto all’ente canadese per l’energia nucleare per cominciare il processo di certificazione.

Qui potrete trovare maggiori dettagli…

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Da Berkely con furore …

Come passa il tempo… due anni fa avevamo parlato di un pioneristico progetto portato avanti presso UC Berkeley:

In sostanza un reattore a sali fusi accoppiato ad una centrale a gas metano… L’idea è piaciuta e prontamente finanziata, sotto forma di contributi ad una startup che sta ingegnerizzando il progetto:

KAIROS POWER

Buona lettura!

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URANIO SENZA FINE

L’approvvigionamento di uranio non è mai stato un problema per il nucleare civile (qualche info sul nostro sito), inoltre il costo dell’uranio è una componente minoritaria nel costo del kWh nucleare, come i nostri lettori ben sanno…

Tuttavia la possibilità di estrarre l’uranio direttamente dall’acqua del mare (ne abbiamo già parlato qui) aprirebbe nuove prospettive, soprattutto dal punto di vista della sicurezza dell’approvvigionamento.

Alcune recenti ricerche (una sintesi a questo link) hanno sviluppato nuovi sistemi di adsorbimento, che potrebbero portare i costi di estrazione a livelli paragonabili a quelli del minerale ricavato dalla covenzionale estrazione da giacimenti terrestri. E’ stato stimato che con i nuovi materiali il costo di estrazione sarebbe di circa 200$/lb, mentre i costi del materiale proveniente dalle miniere è variato negli ultimi anni da 10 a 120 $/lb. Questo significa che già ora si potrebbe usare l’uranio dal mare con un impatto minimo sul costo del kWh. Ricordiamo infatti che una parte considerevole del costo del combustibile nucleare ricade sul processo di arricchimento.

Una nota finale importantissima. L’uranio è presente nel mare in concentrazioni bassissime, dell’ordine di 3 microgrammi per litro. Ma il contenuto totale negli oceani è una cifra che oltrepassa i 4 MILIARDI di tonnellate. Per confronto, le risorse INDIVIDUATE ed estraibili da terra ad un costo inferiore a 120$/lb, sono di circa 7 milioni di tonnellate!

Ma da dove viene l’uranio disciolto nel mare? Dall’erosione delle rocce terrestri, che contengono una quantità stimata in CENTOMILA MILIARDI di tonnellate di uranio. Questo significa che l’estrazione dell’uranio dal mare è un processo virtualmente senza fine. Anche l’uranio diventerebbe una “risorsa rinnovabile” almeno come lo sono il sole ed il vento…

Imbarazzante vero?

AGGIORNAMENTO: anche la CINA si è lanciata in questo filone di ricerca. Qui il link!!

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SMR: YET ANOTHER PROJECT and NEWS

La lista dei progetti per reattori nucleari piccoli e medi continua ad allungarsi.. questa volta portiamo all’attenzione dei nostri lettori il sito di Lakechime: http://lakechime.com/.

Il sistema proposto è un’evoluzione di una ricerca condotta dai Lawrence Livermore Labs, denominata SSTARS.

Il progetto propone il reattore come sistema di scelta per l’erogazione di energia in località isolate o comunque difficilmente collegabili alla grid.

Altra news molto interessante è l‘individuazione del sito del primo SME che potrebbe essere realizzato negli USA.

Un’azienda energetica dello Utah ha individuato un sito presso i laboratori INL. Il progetto riguarda la realizzazione di 12 unità da 50 MW proposte da NuScale, il cui progetto sarà in fase di analisi da parte dell’ente regolatore statunitense (NRC) a partire dall’anno prossimo.

Qui troverete altri dettagli!

Infine segnaliamo come sia stato aggiornato il database dei reattori avanzati a cura di IAEA.

Il database (ARIS) è disponibile a questo sito: https://aris.iaea.org/default.html

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CIRTEN

Anche se il nucleare civile in Italia è tramontato, esistono delle strutture universitarie che portano avanti la ricerca. Questo sito è del CIRTEN, il Consorzio Interuniversitario per la ricerca tecnologica Nucleare.

Gli scopi principali sono:

  • la promozione della ricerca scientifica e tecnologica sia a livello universitario Nazionale ed Internazionale sui grandi temi più aggiornati (i.e. European – Framework Programs);
  • l’incentivazione e coordinamento delle Università consorziate al fine di conseguire e mantenere l’odierno elevato livello delle conoscenze nel settore nucleare;
  • coordinamento della partecipazione a programmi di ricerca a livello Nazionale ed Internazionale;
  • coordinamento delle Università consorziate con gli Enti di Ricerca, l’Industria per le attività di R&S nel settore nucleare;
  • formazione e comunicazione/informazione.

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Small Modular Reactor List

Un elenco dettagliato e aggiornato dei mini reattori in costruzione, progettazione o studio (e qualcuno… abbandonato):

Small Modular Reactor List

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GEM*STAR – difficile da classificare…

Uno dei progetti di reattore nucleare più innovativi fra quelli proposti:

Molten Salt + Grafite + Acceleratore di particelle

In pratica un reattore a sali fusi, ma sottocritico e portato alla criticità dal flusso neutronico indotto da un linac!

QUI lo studio pubblicato da un team di vari enti di ricerca USA, fra cui LosAlamos.

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Advanced Nuclear – una sintesi

A questo link potrete trovare un’efficace riassunto di alcune delle tecnologie nucleari, per la produzione di energia, che sono in fase di sviluppo o progettazione. Recommended!

Advanced Nuclear 101

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Schermi antiradiazioni di schiuma (metallica)

Con colperole ritardo segnaliamo una ricerca della North Carolina State University, riguardante la sorprendente abilità di alcune leghe di “Metal Foam” nell’attenuazione di raggi X a bassa energia, neutroni e raggi gamma, rispetto a schermi di materiale omogeneo. Particolarmente efficaci si sono dimostrate le leghe di acciaio e tungsteno.

Se confermate, queste proprietà potrebbero rivelarsi molto utili nelle attività di radioprotezione dove il fattore peso è particolarmente critico (vedi applicazioni spaziali).

Dettagli a questo LINK

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La ricerca in USA: grandi news …

Dopo una lunga pausa (complici le vacanze natalizie), rieccoci con le news sulle nuove tecnologie nucleari!

Riprendiamo subito l’ultimo post, con il quale riportavamo l’intenzione del Presidente Obama di far ripartire la ricerca e sviluppo del settore nucleare civile. Dopo l’annuncio di GAIN (l’inevitabile acronimo in stile USA…), arrivano i fatti.

Il Dipartimento per l’Energia (DOE) ha annunciato il finanziamento per lo sviluppo di due reattori avanzati. Il primo è il concept proposto da X-Energy (ne avevamo parlato QUI).

Il secondo per la ricerca di un reattore veloce, raffreddato a piombo e a combustibile liquido.
Quest’ultima idea è particolarmente interessante, in quanto riprende un progetto inglese, praticamente sconosciuto, sviluppato fra gli anni 60 e 70. Anche il team di ricerca che usufruirà dei finanziamenti è sorprendente: Southern Company Services (una grande utility americana, che sta costruendo i primi AP-1000), TerraPower e altri enti federali di ricerca.


TerraPower sta portando avanti (con la Cina) lo sviluppo del suo progetto di breeder avanzato (ne abbiamo parlato qui), ma ha anche annunciato di voler esplorare il concetto dei reattori avanzati a combustibile liquido (grazie Bill…).

Infine un Comitato del Congresso USA ha approvato un progetto di legge per promuovere la ricerca e sviluppo in USA nel campo nucleare:

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USA: un sito per l’innovazione nucleare

Hello people, mi aggancio a quanto scritto da Ron e vi segnalo questo sito web nuovo nuovo:

http://www.nuclearinnovationalliance.org/

buona lettura!

Yoss

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USA: riparte la ricerca sul nucleare

Dopo l’annuncio di Obama sul piano di decarbonizzazione degli USA, anche per il nucleare arrivano novità.
Confermando che il nucleare civile farà parte delle risorse energetiche a basso impatto ambientale del 21° secolo, il Presidente ha annunciato un vasto piano per supportare le nuove tecnologie nucleari, in particolare i reattori a fissione, sia SMR sia  progetti alternativi ai correnti PWR.

Le iniziative saranno comprese in un piano in cui spicca l’iniziativa denominata GAIN (Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear), che comprende un’ampia serie di misure (supportate dal Dipartimento per l’Energia) in ambito ricerca, sviluppo ma anche incentivi e supporto per la certificazione dei nuovi reattori.

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Made in Italy

Capita assai di rado che i media (italiani) si occupino di aspetti correlati alla parola “nucleare”, a meno che non si tratti di rilanciare l’allarme per l’incidente (o presunto tale) di turno …
Di recente, tuttavia, è circolata la news relativa alla realizzazione, da parte di aziende italiane (in particolare ASG Superconductors, ex Gruppo Ansaldo Finmeccanica,) delle bobine superconduttrici per il futuro upgrade di JT-60. Il lavoro ricade nell’ambito di un progetto di ricerca internazionale seguito per l’Italia da ENEA.
Questo il link dove si può visionare il comunicato stampa.

Vogliamo invece segnalare un’altra importante realizzazione italiana, che è stata ovviamente ignorata da tutti. Si tratta infatti della costruzione da parte della Mangiarotti (italianissima, anche se di recente acquisita da Westinghouse…) di un importante componente del reattore AP-1000 in costruzione a Vogtle negli Stati Uniti.

D’altra parte, se nel primo caso i media hanno potuto parlare di nucleare specificando che si tratta di FUSIONE, pensate l’imbarazzo nel citare una ditta italiana, che ha realizzato un componente essenziale di un reattore a FISSIONE, in costruzione negli USA … dovrebbero poi magari spiegare come mai si costruiscono ancora reattori a fissione.. .ooops!

La notizia è stata riportata qui da world-nuclear-news, da cui riportiamo anche l’eloquente foto:

Congratulazioni alla Mangiarotti e ai suoi lavoratori!

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TerraPower è prima!

Come sanno i nostri lettori, i reattori di quarta generazione sono uno degli sviluppi possibili fra le nuove tecnologie nucleari, forse quello che ha ricevuto maggior attenzione.

Una delle start-up nucleari più note (e meglio finanziate) ha in questi giorni annunciato il conseguimento di un traguardo invidiabile. Grazie all’accordo con una delle grandi compagnie nucleari cinesi (CNNC), potrebbe essere la prima a realizzare il suo progetto di nucleare di nuova concezione.

QUI il link della news…

TerraPower (nota soprattutto perché il suo principale finanziatore è Bill Gates) ha sviluppato un concetto nato molti anni fa. Un reattore capace di mantenere per un tempo lunghissimo il processo di fissione, utilizzando una combinazione di materiali fissili e fertili.


Dopo quasi 10 anni di lavoro e un investimento di centinaia di milioni di dollari, TerraPower ha raffinato il suo progetto ad un livello sufficiente per convincere una realtà commerciale a sottoscrivere un MoU che, se concretizzato, porterà alla costruzione di un prototipo da 600 MWe intorno al 2022 e di un reattore commerciale dopo 10 anni, con taglia di oltre 1000 MW.


Se questi obiettivi saranno realizzati TP sarà il primo reattore di quarta generazione a vedere la luce.
Per arrivare a questo risultato, il team di TP ha però dovuto rivedere il design originale, forse troppo ambizioso. L’attuale configurazione è un breeder raffreddato a sodio liquido, il cui fattore differenziante è il riutilizzo delle stesse barre di combustibile, che vengono progressivamente spostate di posizione nel vessel al procedere della fissione e al progredire del processo di fertilizzazione. Questo consente un fattore di utilizzo del combustibile molto più elevato e dovrebbe permettere l’uso del reattore per la sua intera vita senza estrarre mai combustibile esausto dall’impianto

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The “Fusion Ghost Company” in Italy

Una delle più esotiche e misteriose aziende che lavora nel settore del nucleare innovativo ha (inaspettatamente) fatto una fuggevole comparsa in Italia.


TriAlphaEnergy, un’azienda statunitense nota per i massicci investimenti privati ed il suo profilo “stealth”, ha di recente pubblicato risultati eclatanti della sua attività sperimentale. Fra l’altro l’obiettivo dell’azienda è realizzare la fusione aneutronica, un target molto più ambizioso di quello dei superprogetti ITER e NIF.
L’azienda sta effettuando un giro di presentazione in Europa e uno degli incontri si è svolto proprio in Italia (QUI il link della news).

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News di mezza estate

Per dare un bentornato (dopo le ferie) ai nostri lettori, abbiamo pensato di postare qualche news apparsa durante l’estate nel mondo delle tecnologie nucleari. Invece di un post “monotematico” quindi ecco una lista commentata delle evoluzioni più interessanti (in attesa dei vostri sempre utilissimi feedback).

IMPIANTI NUCLEARI OFF-SHORE
Nella nostra pagina dedicata ai Floating Reactors avevamo illustrato l’idea di un professore del MIT (di origini italiane…) per un reattore in configurazione Off-shore. Il progetto si sta evolvendo, troverete qui le ultime news.

LE START-UP CHE NON TI ASPETTI
Nel nordamerica ci sono più di cinquanta aziende (piccole e piccolissime, ma alcune con centinaia di persone e budget di centinaia di milioni di $) che stanno proponendo progetti e tecnologie innovative nel campo nucleare.
In questo articolo una descrizione sommaria di chi sono e cosa fanno queste aziende.

Abbiamo parlato di alcune di queste imprese, ma vista la quantità e interesse di queste compagnie, probabilmente apriremo una  pagina dedicata per loro…

SMR
Si muove anche la proposta degli SMR. In particolare l’azienda che forse è più vicina alla commercializzazione di uno di questi reattori (l’americana NuScale), ha trovato il suo primo cliente e annunciato la richiesta di certificazione a NRC per l’anno prossimo.
Nel frattempo i coreani non stanno perdendo tempo con la loro proposizione all’Arabia Saudita..

SUPERFUEL
Non stiamo parlando di torio, ma di evoluzioni tecnologiche degli elementi di combustibile per gli LWR (e non solo). Abbiamo parlato di LightBridge, stanno parlando nuove iniziative di ricerca qui.

FUSIONE
Perfino i media “generalisti” hanno sparato la notizia (non in prima pagina, ma con una certa enfasi..). Una delle aziende di cui parlavamo sopra (Tri-Alpha) ha pubblicato uno studio nel quale afferma di aver mantenuto il plasma a parametri di densità e temperatura considerevoli, per un lasso di tempo notevolissimo.

Inoltre è stato pubblicato uno studio del MIT su un concetto di tokamak estremamente compatto, sfruttando magneti superconduttori a 23 Tesla (!!). torneremo su questo progetto…

RITORNO AL FUTURO
A 4 anni dal catastrofico sisma (e tsunami) in Giappone, è ripartito a piena potenza un reattore a Sendai (qui il report di Nucleareeragione), il primo ad essere riattivato dopo un black-out “nucleare” di due anni.

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Effetti Biologici delle Radiazioni Ionizzanti

Ci sembrava opportuno dedicare una sezione del sito anche a questo tema, visto che la radioprotezione è e sarà, della massima importanza nelle applicazioni del nucleare civile.

Abbiamo il piacere di pubblicare, in questa parte del sito, il contributo di Paolo Vasca, autore anche di un imperdibile blog (lo Sbufalatore Nucleare).

Sono certo che lo apprezzerete quanto noi: buona lettura!

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La Ricerca Nucleare oggi

Qualche giorno fa Yossarian mi ha girato un link di un blog dove un autore (si parlava di Fukushima) si chiedeva (in modo retorico) se e perchè qualcuno facesse ancora ricerca sul nucleare civile. Tralasciando ogni polemica, la risposta è positiva e senza andare a fare ricerche approfondite, vi sintetizzo ad esempio una news di pochi giorni fa (qui il link originale)

“USA – il Dipartimento dell’energia statunitense ha selezionato 68 progetti potenzialmente in grado di produrre sostanziali avanzamenti nella ricerca in campo nucleare.”
Lo stanziamento totale è di circa 60 milioni di dollari. Circa 31 milioni sono stati assegnati a 43 progetti universitari. In particolare 3,5 milioni per migliorare le infrastrutture (reattori nucleari di ricerca) di 4 università.
Le aree di ricerca finanziate includono il ciclo del combustibile, lo sviluppo e dimostrazione di nuovi reattori, simulazione e modellazione avanzate e cybersecurity.

Altri progetti riguarderanno: sensori avanzati, nuovi materiale, lo sviluppo di una facility XRD-CT (tomografia a diffrazione di raggi X), combustibili a prova di incidenti. Circa 3 milioni finanzieranno l’utilizzo, da parte dei ricercatori, delle facility di ricerca delle università e dei laboratori Idaho National Laboratory.

Nell’annunciare i finanziamenti, il Segretario all’Energia ha detto di essere convinto del ruolo dell’energia nucleare come fattore di decarbonizzazione dell’offerta energetica statunitense.”

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Piccolo ma Veloce

Qualche tempo fa abbiamo pubblicato un post sul progetto coreano PGSFR per sviluppare un reattore veloce, che attingerà dalle tecnologie realizzate anni fa ad Argonne.
Oggi vi parliamo di un’azienda che sta proponendo un progetto simile, ma orientato allo sviluppo di un SMR, anzi di una “pila nucleare”, anche se piuttosto corposa …


Arcnuclear presenta il progetto di un reattore veloce raffreddato a sodio, ripensato come sistema molto compatto ma privo del sofisticato sistema di riciclo del combustibile pensato per l’EBR-2 originale.

Lo scopo è realizzare un reattore che possa erogare energia per ben 20 anni senza rifornimento/sostituzione del combustibile. Questo è fattibile sfruttando un arricchimento iniziale molto elevato, ma al di sotto del 20% nel rapporto U-235/U-238. Tale valore è considerato la soglia oltre il quale il combustibile diventa potenzialmente utilizzabile per scopi militari.

Inoltre il reattore sfrutterebbe la fissione di almeno una parte dei transuranici prodotti dalla fissione dell’uranio 235. Infine il sistema è pensato per una potenza massima di circa 100 MWe (260 MWt), che lo qualifica come altro esempio di SMR. L’energia è generata da una turbina a gas, con elevata efficienza.

Molta enfasi è posta nel sottolineare le capacità anti-proliferazione del progetto. Estrarre del fissile utilizzabile a scopi militari da questo reattore appare in effetti estremamente difficile. Anche le caratteristiche di sicurezza intrinseca sono convincenti, basati sull’architettura a “pool” del sistema di raffreddamento a sodio.


Nella figura sotto una rappresentazione del reattore come riportato dal sito di Arcnuclear.

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FLEX: la risposta USA a Fukushima

Abbiamo ripubblicato nel post precedente (grazie a Nucleareeragione) un interessante aggiornamento sulla situazione a Fukushima.

Oggi vi diamo visibilità di come questo drammatico incidente abbia avuto ripercussioni negli USA, in particolare come siano state rafforzate le misure di sicurezza per la flotta di reattori civili in funzione (attualmente 99). Tutti gli accorgimenti elencati sotto dovranno essere adottati, in tutti i reattori americani, entro il 2016 (con qualche eccezione).
Il piano di miglioramento consiste in otto punti principali, elaborati sull’analisi dell’evento giapponese:

1) Preparazione di equipaggiamento d’emergenza sia nei pressi dei reattori che in due centri nazionali di Incident Response (Memphis e Phoenix).

2) Miglioramento della strumentazione di controllo per le piscine di raffreddamento

3) Preparazione di una linea guida, per gli operatori dei reattori, in tema di incidenti altamente critici. La NRC chiederà agli operatori di valutare periodicamente i piani di emergenza

4) Rivalutazione della sismicità per tutte le aree dove sono installati gli impianti (da completare entro il 2020)

5) Rivalutazione del rischio di inondazione per tutte le aree dove sono installati gli impianti (da completare entro il 2015)

6) Per i reattori con un design simile a quello di Fukushima (BWR Mk 1), installazione di un sistema di venting di emergenza (entro il 2019)

7) Una serie di ispezioni, in particolare sui sistemi di protezione sismica e anti-allagamento, da parte di NRC

8) Attività di continuo interscambio di informazioni con le autorità giapponesi.

Nel complesso una dimostrazione efficace della politica “imparare dagli errori (e dalle sventure) degli altri”…

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PGSFR – “The Argonne Legacy “

Qualche settimana fa avevamo pubblicato un post riguardo l’intraprendenza della Corea del Sud in campo nucleare.

E’ notizia di pochi giorni fa di un accordo fra USA e SudCorea che permetterà a quest’ultima di riprocessare il combustibile esausto dei propri reattori (che non sono pochi… ben 24). Un altro aspetto interessante del nuovo accordo è l’accesso dei coreani ad una serie di tecnologie nucleari che sono state sviluppate negli USA. Fra queste di particolare rilievo sono le metodologie di trattamento pirometallurgico dei combustibili nucleari in forma metallica.


Queste tecnologie erano state sviluppate negli anni 80-90 in particolare nel laboratorio di Argonne  in parallelo con lo sviluppo di EBR-IIIFR, dei reattore veloci raffreddati a sodio. Per chi volesse approfondire questo glorioso capitolo della tecnologia nucleare, consiglio questo libro: Plentiful Energy

In sintesi questi studi hanno permesso di sviluppare un progetto di reattore veloce accoppiato ad un innovativo metodo di ritrattamento del combustibile, interessante in particolare per le sue caratteristiche anti-proliferazione. Il progetto più recente scaturito da questi studi è il S-PRISM.


E grazie a questo accordo, la Corea del Sud inizierà uno sviluppo congiunto con Argonne Labs per sviluppare  il PGSFR (Prototype Generation-IV Sodium-cooled Fast Reactor), un reattore della quarta generazione, che potrebbe essere l’evoluzione ed il complemento dell’attuale flotta di LWR coreani.

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Batterie Nucleari

Le cosiddette “pile atomche” sono sistemi che sfruttano l’energia emessa dal decadimento radioattivo di isotopi instabili. I decadimenti alfa e beta sono quelli più interessanti (e pratici da sfruttare). Infatti da oltre mezzo secolo sono state messe a punto batterie “BetaVoltaiche” e “Alfavoltaiche” che sfruttano l’energia rilasciata da decadimenti beta e alfa.

Le batterie atomiche sono state usate principalmente dove era essenziale la densità di energia e la stabilità nel tempo dell’alimentazione. In particolare nel settore medico (Peacemaker) e spaziale (generatori RTG, ne abbiamo parlato qui). Altre soluzioni invece utilizzano direttamente le particelle beta (elettroni) per ricavare corrente. I sistemi BetaVoltaici sono stati usati come peacemaker, utilizzando Trizio e Promezio, che sono emettitori Beta puri.

Recentemente si sono aperte nuove prospettive per le batterie BetaVoltaiche. Con uno studio appena uscito dell’Università del Missori (QUI), il concetto di batteria Betavoltaica ha trovato una nuova veste. Si è riusciti a sfruttare l’effetto di radiolisi nell’acqua, mediante una nanostruttura di platino e ossido di titanio.

Il risultato è un sistema in grado di produrre energia elettrica per tempi prolungati (funzione del tempo di dimezzamento del radionuclide) ed efficienza elevatissima (oltre il 50% del rapporto fra densità di potenza prodotta e densità di potenza emessa dal radionuclide).

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Un Reattore molto “Fashion”

Se vi capitasse di navigare sul sito http://starcorenuclear.ca, fareste un po’ di fatica a capire che si tratta del sito web di una start-up nucleare…Gli autori hanno compreso l’importanza della corretta comunicazione e hanno realizzato un sito che andrebbe benissimo per il mondo fashion… Anche la rappresentazione dell’impianto sembra più una suite fantascientifica che un sito per produrre energia…

Il progetto di quest’azienda canadese è in realtà sofisticato e ambizioso. In primo luogo hanno individuato una fascia di mercato specifica a cui indirizzare il progetto: la produzione di energia per località isolate, non facilmente connettibili alle grid ed in situazioni geoambientali sfavorevoli.

In Canada ad esempio, molte località medio-piccole e molti siti industriali (paradossalmente i siti per l’estrazione del petrolio dagli scisti bituminosi) si trovano in questa situazione.

Descrizione del reattore

Il reattore proposto è uno SMR, con potenza elettrica di 20 MW elettrici, dimensionato per erogare anche 10 MWt di gas ad alta temperatura. La tecnologia scelta è infatti HTGR, con combustibile “pebble-bed” TRISO. Da un punto di vista tecnologico si propongono altre idee originali.

il sistema di raffreddamento è a tre circuiti: elio ad alta pressione, azoto per quello intermedio e vapore surriscaldato per il terzo. Il ciclo combinato utilizzato permette la generazione, oltre che di elettricità, di vapore ad alta temperatura per usi industriali.


Il progetto prevede una collocazione completamente sotterranea (non è ben chiaro come venga gestito il calore residuo). Uno dei motivi dell’installazione “bunkerizzata” è che si propone una modalità di utilizzo “unattended”. Il sistema a regime sarebbe sostanzialmente privo di presidio, monitorato da remoto attraverso tre network indipendenti ad alta affidabilità.
Il modello economico propone una forma di leasing: il costruttore venderebbe l’energia, facendosi carico del costo capitale per l’intero ciclo di vita (compreso il decommissioning) dell’impianto.

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Small Reactors – Big Companies

Abbiamo parlato molte volte degli SMR (Small-Medium o Small Modular Reactors), un’architettura che sta guadagnando consensi nei progetti dei futuri reattori. Inoltre recentemente gli USA hanno concesso finanziamenti pubblici per incentivare questo tipo di soluzione (sia a livello di ricerca che di incentivi: pochi giorni fa questa direttiva).

Sebbene parecchi di questi progetti siano portati avanti da piccole aziende o addirittura start-up, anche i giganti si stanno muovendo in questo campo. Fra le compagnie più rappresentative la storica Westinghouse Electric (… di proprietà Toshiba dal 2006), che aveva proposto un SMR riciclando alcune tecnologie del suo AP-1000, un reattore di Generation 3+, del quale sono in costruzione sei esemplari nel mondo (Cina e USA).

Il progetto Westinghouse (qui la pagina ufficiale) era stato in realtà “congelato” dalla compagnia qualche anno fa, a causa dello stallo nei nuovi ordini e da una incertezza nelle intenzioni del governo USA e dell’agenzia NRC nei riguardi dei nuovi progetti. Tuttavia pochi giorni fa la stessa NRC (dopo tre anni…) ha dato l’approvazione ai test proposti dal costruttore per verificare la sicurezza del reattore in caso di LOCA. Sebbene non sia la certificazione definitiva è un segnale importante della validità del progetto, come sottolineato dal costruttore stesso.

Il progetto Westinghouse è un PWR integrale da 225 MWe, con alcune soluzioni per il raffreddamento passivo, in caso di emergenza, realizzate per il fratello maggiore AP-1000. Il focus del progetto (come si evince dalla descrizione sul sito del costruttore) è un sistema compatto, economico e con necessità di manutenzione ridotta. La definizione “PWR integrale” fa riferimento all’integrazione nel vessel di sistemi che nei progetti PWR convenzionali sono all’esterno del vessel: pressurizzatore e generatori di vapore.

Alcuni vantaggi sono:

1) eliminazione delle maggiori penetrazioni nel vessel: i grandi tubi che portano il refrigerante nel vessel non sono più necessari (minimizzazione del rischio LOCA)

2) più efficace circolazione naturale (alcuni progetti SME possono addirittura evitare l’uso di pompe: non è il caso del progetto Westinghouse ma ad esempio di NuScale)

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Test Nucleare (…) effettuato in Italia

Niente panico: il titolo esteso era “Test (di un componente innovativo di un SMR) effettuato in Italia.

Scherzi a parte: uno dei più promettenti progetti di SMR è quello della statunitense NuScale,  azienda nata da uno spin-off di un’università con un progetto di reattore LWR di piccola taglia.

Parleremo nei dettagli del progetto in un prossimo post. Oggi vi segnaliamo che un prototipo di uno dei generatori di vapore (estremamente compatto rispetto a quelli dei generatori di vapore nei reattori “convenzionali”) è stato collaudato presso un’azienda specializzata in test termo-idraulici: la SIET di Piacenza.

L’azienda è infatti certificata anche per questo tipo di valutazioni. Gli auditor della NRC statunitense hanno seguito i test e validato le misurazioni senza riscontrare evidenze significative.

Nella foto riportata sotto l’installazione del generatore di vapore nel building di prova.

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Inventiva Teutonica – DFR

Ricevo da quel matto di Yos e pubblico volentieri!:

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ueeeè,.. chi ha detto che i nostri amici tedeschi sono privi di fantasia..? Girando per internet, ho trovato un progetto grandioso, fortissimo: seguitemi.. Immaginatevi un reattore dal design completamente nuovo, che si porta a casa i seguenti vantaggi:

  1. Sicurezza intrinseca, basata sulla fisica e non su sistemi tecnologici
  2. Può utilizzare come combustibile una miscela di vari fissili e fertili. In particolare può essere usato come “burner” di rifiuti nucleari, oppure come breeder
  3. Il fluido termovettore che produce è a temperature altissime: quindi alta efficienza nella produzione elettrica
  4. In virtù del punto precedente, adatto a erogare calore per usi industriali o per desalinizzare acqua marina
  5. Altamente resiliente alla diversione del fissile per usi bellici
  6. Infine design estremamente compatto: un vessel da i GWth avrebbe una dimensione di un cubo di 2 metri di lato
  7. Come ci si aspetta da un progetto tedesco:-).. la parte economica! ERoEI stimato pari a 2000 per un reattore da 1,5 GWe

Prima di scrivere il link dove DOVETE precipitarvi per vedere che non è uno scherzo, alcune info sull’architettura e un paio di disegnini…

L’idea di base è un reattore a combustibile liquido (MSR). Il colpo di genio è questo: il combustibile in sali fusi ha il suo circuito idraulico, ma il refrigerante primario è completamente separato e scorre in un altro circuito. Infine il refrigerante è piombo!

Quindi un fast reactor, con spettro neutronico “hard” (niente moderatore, quindi niente grafite con le sue menate)  ed economia neutronica eccezionale. La possibilità di tenere separato il circuito del combustibile a sali fusi da quello del refrigerante permette di tenere quest’ultimo ad alte temperature, da qui l’efficienza stellare.

Qui il sito, qui il report con dettagli tecnici. Leggetelo, vi stupirà!!!

Yossarian

P.S. non copiatelo subito, l’hanno già brevettato🙁

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Smart Reactor – Smart Country

Quiz: secondo voi qual è il paese che sta investendo maggiormente nel nucleare civile?

  1. USA
  2. Russia
  3. Corea del Sud
  4. Italia

Ok, non era difficile, no? (andando per esclusione…)

USA: no. L’industria nucleare statunitense è in notevoli difficoltà, soprattutto per la concorrenza dello shale gas locale e delle rinnovabile con relativi sussidi

Russia: molti reattori in progetto, ma forti difficoltà finanziarie

SudCorea: risposta esatta! Insieme alla Cina è il paese su cui si sono fatti importanti investimenti (24 reattori in funzione, filiera tecnologica sviluppata internamente) ed i risultati arrivano.

Quattro anni fa i coreani hanno battuto tutti nella commessa per i reattori sauditi (si, Arabia Saudita) ed è notizia di pochi giorni che svilupperanno sempre con i sauditi il progetto del loro SMR: SMART è un reattore di piccola taglia (100 MWe), ad alta sicurezza. Qui maggiori dettagli

Ah… intanto un altro reattore coreano è stato certificato NRC

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Nucleare contro la sete

Riprendo una News da Phys.org:

http://phys.org/news/2015-02-russia-egypt-aim-nuclear-power.html

Uno dei nuovi reattori che Rosatom costruirà in Egitto servirà anche a desalinizzare l’acqua del Mediterraneo (l’impianto sorgerà a Dabaa).

 Non è una novità (dettagli ad esempio QUI), ma erano molti anni che non si sfruttavano impianti nucleari a questo nobile scopo.

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Ancora una start-up nucleare

Il panorama delle start-up che propongono nuovi reattori si sta affollando… Oggi vi parlo di X-Energy (qui il link al sito web).

Start-up americana, affiliata ai una grande azienda di ingegneria esperta in alta tecnologia, X-Energy propone un reattore di piccole dimensioni (quindi rientra negli SMR), caratterizzato dalle seguenti soluzioni:

  • Potenza 125 MW, circa 45 MWe
  • Reattore Termico
  • Ad alta temperatura, raffreddato ad elio
  • Combustibile semi-fluido (“Pebble”), moderato a grafite

E’ quindi un HTGR, proposto in installazioni modulari, interrati e corazzati per ridurre le minacce esterne.

Qui trovate una descrizione più completa del progetto.

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LFTR spiegato in 5 minuti

Cos’è un  LFTR: Liquid Flouride Thorium Reactors

Video non recentissimo ma esplicativo 🙂

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