Ingegneria Energetica

FABIO GIANNETTI
Luisa Ferroni

Iniziando dallo studio dei principi fondamentali della fisica nucleare e della radioprotezione, fornire agli studenti sufficienti conoscenze sulla potenzialità della risorsa nucleare sia nel campo medicale che industriale, con particolare attenzione alla produzione di energia elettrica da fonte nucleare da fissione e fusione (aspetti tecnologici, economici, ambientali).

Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente sarà in grado di descrivere i meccanismi delle reazioni nucleari, della fissione e della fusione, nonché conoscere le loro applicazioni industriali, mediche ed energetiche.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: sarà capace di risolvere problemi riguardanti il dimensionamento del ciclo termico di tipo Rankine e il calcolo del profilo termico di una barretta di combustibile.
Autonomia di giudizio: dimostrerà la capacità di analizzare criticamente i vantaggi e i rischi dell'energia nucleare, considerando dati scientifici, aspetti economici e impatti ambientali, e di valutare soluzioni per lo smaltimento e il confinamento dei rifiuti radioattivi.
Abilità comunicative: sarà in grado di presentare e discutere argomenti di base legati alla fisica nucleare, alla radioprotezione e alle applicazioni delle radiazioni ionizzanti in ambito industriale, medico e scientifico.
Capacità di apprendimento: acquisirà le basi per approfondire nei corsi successivi tematiche avanzate di fisica nucleare, radioprotezione e impianti nucleari, seguendo gli sviluppi scientifici e tecnologici nel settore.

Aver sostenuto l'esame di Fisica Tecnica

Fisica delle reazioni nucleari: il decadimento radioattivo, sorgenti di radiazioni, interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia; bilancio di reazioni nucleari. Fisica della fissione nucleare: flusso neutronico, sezioni d'urto, il rallentamento, la moderazione, le risonanze di cattura; la fissione termica e veloce; la reattività.
Le reazioni di fusione; cenni alla tecnologia dei reattori a fusione.
Concetti base di radioprotezione; unità di misura della radioattività, dosimetria, la radioattività ambientale, effetti sull’uomo delle radiazioni, schermaggi, limiti di esposizione.
La produzione di energia elettrica da fonte nucleare: richiami ai cicli e allo schema delle centrali termoelettriche; cenni ai principali parametri della progettazione, il burn-up. Principi di funzionamento dei reattori a fissione e loro componentistica, reattori termici (BWR, PWR, HWR, reattori moderati a grafite); cenni ai reattori di IV generazione; cenni ai reattori SMR. Usi non elettrici dei reattori nucleari. Cenni ai problemi ecologici connessi alla produzione di energia elettrica da fonte nucleare. Costi di generazione dell'elettricità da fonte nucleare.
Smantellamento delle vecchie installazioni nucleari. Cenni sul trattamento del combustibile scaricato, confinamento temporaneo e definitivo. Cenni alla chiusura del ciclo del combustibile. Cenni alle applicazioni diverse dell’energia nucleare e delle radiazioni ionizzanti quali applicazioni medicali, industriali e di ricerca.

M. Cumo - Impianti Nucleari. Casa Editrice Sapienza.
Reperibile online su https://www.torrossa.com/it/resources/an/5096058?digital=true
DIspense e presentazioni disponibili su elearning

Il corso si svolge con didattica sincrona in presenza, dove si affronteranno tutti gli argomenti teorici affrontati nel corso e alcune esercitazioni dove verranno risolti degli esercizi semplici per applicare le conoscenze apprese, in particolare con una applicazione sul calcolo del profilo di temperatura della barretta e del ciclo termico di un reattore PWR

Il corso si svolge con didattica sincrona in presenza, pertanto si consiglia fortemente di frequentare le lezioni. Per chi non avesse la possibilità di frequentare si prega di contattare il docente per ottenere indicazioni su come affrontare la preparazione dell'esame,

Esonero sulla prima parte del programma (elementi di fisica nucleare e radioprotezione) con domande a risposta multipla (30) sugli argomenti trattati nel primo modulo, con alcuni esercizi di applicazione della teoria affrontata a lezione. Un secondo esonero è previsto sulla seconda parte del programma con domande a risposta multipla (15), vero/falso (5) e una domande aperta. Esame orale facoltativo dopo la parte scritta, sull'intero programma.

L'esame verte su tutto il programma. Pertanto trovate esempi di esercizi e domande nel materiale didattico fornito sulla piattaforma e-learning

• Introduzione al corso, il nucleare nel contesto della
  decarbonizzazione


• Cenni storici e forze che agiscono a livello nucleare (L. Ferroni)


• Curva
  di stabilità, modello a shell (L. Ferroni)


• Energia
  di legame per nucleone, reazioni nucleari, e cenni sui decadimenti (L. Ferroni)


• Decadimenti
  radioattivi ed equazione del decadimento radioattivo (L. Ferroni)


• Flusso
  neutronico e processo di fissione (L. Ferroni)


• Studio
  delle sezioni d'urto e risonanza (L. Ferroni)


• Moderatori
  e K effettivo (L. Ferroni)


• Veleni
  neutronici (L. Ferroni)


• Reazione
  di fusione (L. Ferroni)


• Introduzione
  alla radioprotezione  (L. Ferroni)


• Seconda lezione sulla radioprotezione  (L. Ferroni)


• Categorizzazione delle applicazioni nucleari e degli impianti
  nucleari


• Ciclo Termodinamici negli Impianti Nucleotermoelettrici


• Ciclo e Impianti di Lavorazione del Combustibile


• Intro sui Reattori e cenni su Reattori ad Acqua Bollente (BWR)


• Reattori ad Acqua Bollente (BWR)


• Reattori ad Acqua Pressurizzata (PWR)


• Reattori ad Acqua Pressurizzata (PWR)


• ESERCITAZIONE: Calcolo Termico di una Barretta di combustibile


• Reattori Ad Acqua Pesante
  (HWR)


• Reattori di Piccola Taglia e di Ricerca


• Reattori a Gas ad Alta temperatura e altri reattori avanzati


• Reattori refrigerati a metallo liquido


• Propulsione navale e spaziale, altri usi
  
  
  
  
  Reattori Innovativi e usi non energetici


• ESERCITAZIONE: Ciclo termico di un reattore PWR 


• SEMINARIO: gestione, sicurezza e difesa in profondità delle Centrali
  Nucleari 


• SEMINARIO: l’Energia Nucleare nel panorama energetico, risorse e
  sostenibilità