Problematiche di acciai da guaina per reattori nucleari sottocritici a piombo-bismuto

In questo lavoro di tesi è stata valutata la performance delle barrette di combustibile per tre diversi canali di potenza rappresentativi del nocciolo del progetto italiano da 80 MWt del LBE-XADS (Lead-Bismuth Eutectic-eXperimental Accelerator Driven System)sviluppato da Ansaldo Nucleare e raffreddato con una lega di piombo e bismuto, per il quale esiste un progetto completo e consistente. L’analisi è stata condotta considerando due diversi acciai come materiale di guaina: l’acciaio austenitico AISI 316 e l’acciaio ferritico-martensitico T91.Una buona analisi di performance richiede che un notevole numero di effetti meccanici, chimici, termici e nucleari siano contemplati con tutte le loro interazioni. Per analizzare un sistema così complesso, in questo lavoro di tesi, è stato utilizzato il codice integrale di performance Transuranus (TU), sviluppato in ITU (Institute for Transuranium Elements, Karlsruhe, Germany) ed ampiamente validato per l’analisi meccanica e termica di barretta per svariate tipologie di reattori nucleari, e recentemente esteso con la modellizzazione del comportamento del T91 e dell’AISI 316 in LBE.Nel primo capitolo di questo lavoro vengono descritte le caratteristiche principali del sistema “ibrido” costituito dall’acceleratore di protoni e dal nocciolo sottocritico focalizzando poi l’attenzione sul progetto italiano LBE-XADS, i suoi principali parametri di funzionamento, le caratteristiche costruttive degli elementi e delle barrette di combustibile. Infine viene riportato il confronto tra le caratteristiche principali dei due diversi acciai di guaina. Nel secondo capitolo è stata effettuata una analisi termoidraulica del nocciolo del sistema LBE-XADS, allo scopo di individuare i parametri di input del Codice necessari per l’analisi di sensitività (vedi seguito) ed effettuare una valutazione di massima delle discrepanze sulla temperatura esterna di guaina calcolata utilizzando le diverse correlazioni disponibili in letteratura per lo scambio termico in LBE. I risultati dell’analisi sono riportati per i tre canali di potenza rappresentativi del nocciolo del XADS. Nel terzo capitolo è stata effettuata descrizione del Codice Transuranus e dei principali parametri e modelli utilizzati per l’analisi di performance e di sensitività, i cui risultati vengono riportati e discussi nel quarto capitolo.