ENERGIA NUCLEARE

Le tecnologie sviluppate per i grandi acceleratori e rivelatori di particelle degli esperimenti di fisica fondamentale hanno promettenti applicazioni nel contesto della produzione di energia nucleare in centrali a fissione e dei futuri impianti a fusione. A questo settore l’istituto ha dedicato il progetto strategico INFN-Energia.
Le principali applicazioni in questo ambito sono: la realizzazione di dispositivi per il monitoraggio e la diagnostica di impianti a fissione e fusione e per la gestione dei rifiuti radioattivi generati dalle centrali a fissione, e lo sviluppo di tecnologie utilizzate negli impianti ausiliari per la fusione nucleare.

I rifiuti radioattivi che si producono durante il funzionamento e la manutenzione delle centrali nucleari, o durante il loro lo smantellamento dopo la chiusura dell’impianto, vanno mantenuti in sicurezza e sorvegliati in modo da garantire che non vengano in contatto con l’ambiente circostante. Con il contributo del progetto europeo MICADO, è stata studiata la combinazione di varie tecnologie per la caratterizzazione dei rifiuti ed è stato messo a punto il sistema di analisi, raccolta e immagazzinamento dei dati con le più moderne applicazioni digitali. In MICADO, l’INFN ha sviluppato dei sensori compatti, flessibili e di costo contenuto per la rivelazione di raggi gamma e neutroni emessi dai rifiuti, che sono stati testati con successo. Con il contributo del progetto europeo PREDIS, questi sensori di raggi gamma e di neutroni sono stati proposti per controllare i rifiuti cementati, equipaggiandoli anche con particolari dispositivi elettronici in grado di trasmettere i dati su rete wi-fi.

Un cask con a fianco i tracciatori di muoni costruiti dall’INFN (montati sui supporti blu). I muoni cosmici rivelati dai tracciatori attraversano anche il contenitore, permettendo di ispezionarne il contenuto. (© INFN)

I sensori tubolari per raggi gamma e quelli a scatola compatta per neutroni (a sinistra) sviluppati per MICADO. (© INFN)

Infine, con il contributo del progetto europeo CLEANDEM, sensori compatti di raggi gamma e neutroni sono stati montati su robot, che possono effettuare ricognizioni preventive delle zone dove sarà necessario intervenire durante le operazioni di smantellamento, garantendo così una maggiore sicurezza agli operatori.
Un altro esempio di gestione e controllo dei rifiuti radioattivi consiste nel monitoraggio dei contenitori per il combustibile esaurito, detti “cask”, costruiti in modo tale da schermare le radiazioni e proteggere il contenuto. Grazie alla tomografia muonica è possibile ricavare una scansione tridimensionale del contenuto, proprio come nella TAC in medicina si ottengono immagini dell’interno di un paziente. Questo permette per esempio di stabilire se tutti gli elementi di combustibile sono presenti e non mostrano anomalie, e ha importanti applicazioni nell’ambito dei controlli che le agenzie nazionali e internazionali effettuano sulle installazioni nucleari, per monitorarne lo stato e impedire illeciti.

Un altro campo in cui la tecnologia sviluppata per lo studio della fisica fondamentale trova importanti ambiti applicativi è la ricerca sulla fusione, a cui si sta lavorando come futura fonte di energia elettrica pulita. In particolare, nella “fusione nucleare a confinamento magnetico”, dove si utilizzano potenti campi magnetici per intrappolare il plasma di gas caldissimo, è necessario sviluppare materiali che resistano alle condizioni estreme determinate dalla fusione e dispositivi di controllo e diagnostica del plasma. Tra i progetti in corso in questo campo vi sono ITER , che punta a realizzare in Francia un dimostratore per un reattore a fusione, e in cui l’INFN non è coinvolto; IFMIF – International Fusion Material Irradiation Facility e DONES – DEMO Oriented Neutron Source, in cui l’INFN dà un importante contributo tecnico-scientifico alla realizzazione di un potente acceleratore di nuclei di deuterio; il progetto DTT, lanciato recentemente in Italia, che prevede la costruzione a Frascati di un impianto a fusione, per cui l’INFN contribuisce ai sistemi di riscaldamento e alle diagnostiche del plasma.