Valutazione dell'ambiente radiativo di ITER durante il remoto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3544 (2023) Citare questo articolo

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Durante la vita operativa di ITER, un barile gestito in remoto verrà utilizzato per trasferire i componenti In-Vessel alla cella calda per scopi di manutenzione, stoccaggio e smantellamento. A causa della distribuzione delle penetrazioni per l'allocazione del sistema nella struttura, il campo di radiazione di ciascuna operazione di trasferimento presenta un'elevata variabilità spaziale; tutte le operazioni devono essere studiate in modo indipendente per la protezione dei lavoratori e dell'elettronica. In questo articolo presentiamo un approccio pienamente rappresentativo per descrivere l’ambiente radioattivo durante lo scenario completo di gestione remota dei componenti In-Vessel nella struttura ITER. Viene affrontato l'impatto di tutte le sorgenti di radiazioni rilevanti durante le diverse fasi dell'operazione. Si ritiene che le strutture as-built e i progetti di riferimento del 2020 producano il modello neutronico più dettagliato fino ad oggi del Complesso Tokamak, la struttura civile da 400.000 tonnellate che ospita il tokamak. Le nuove funzionalità del codice D1SUNED hanno permesso di calcolare la dose integrale, il rateo di dose e il flusso di neutroni indotto dai fotoni di sorgenti di radiazioni sia mobili che statiche. Nelle simulazioni sono inclusi intervalli di tempo per calcolare il tasso di dose causato dai componenti In-Vessel in tutte le posizioni lungo il trasferimento. L'evoluzione temporale della dose è realizzata in formato video con una risoluzione di 1 metro, particolarmente utile per l'identificazione dei punti caldi.

ITER, il progetto di punta nel campo dell'energia da fusione, mira a dimostrare la fattibilità della fusione nucleare come fonte di energia affidabile su larga scala. Durante il suo funzionamento a impulsi da 500 MW, verranno prodotti circa 1,77·1020 neutroni di 14,1 MeV al secondo, prodotto delle reazioni di fusione deuterio-trizio. L'intenso campo di neutroni interagirà con i materiali vicini (soprattutto quelli dei componenti all'interno della nave), trasmutandoli e attivandoli. Tali componenti attivati ​​comportano una sorgente di radiazioni gamma secondaria e ritardata, che può essere radiologicamente trascurabile rispetto ai neutroni del plasma durante il funzionamento della macchina, ma che diventa la principale sorgente di radiazioni nell'impianto durante lo spegnimento della macchina.

Durante la vita operativa di ITER, si prevede la necessità di attività di manutenzione, stoccaggio e smantellamento dei componenti In-Vessel, da eseguire nel complesso delle celle calde. I primi 440 pannelli a parete, le 54 cassette dei deviatori e tutti i tappi delle porte, tra gli altri elementi (mostrati in Fig. 1), saranno oggetto di tali compiti. Ma prima, questi componenti dovranno essere trasferiti alla cella calda dal complesso Tokamak. A tale scopo verrà utilizzata una botte gestita a distanza a causa dell'elevata attivazione. L'operazione di trasferimento prevede diverse fasi, quali la rimozione del tappo bioshield, il caricamento del componente nel cask, l'apertura della porta della cella di accesso ed il trasferimento stesso. Di conseguenza, si prevedono alterazioni del campo di radiazione poiché sia ​​la geometria della sorgente che quella della schermatura cambiano nella struttura durante tali operazioni. La valutazione del campo di radiazione è necessaria per verificare il rispetto della zonizzazione radiologica per la protezione dei lavoratori e per supportare, se necessario, programmi di qualificazione elettronica.

Sezione trasversale del tokamak ITER. Vengono mostrati i componenti della nave trasferiti in remoto e le loro posizioni all'interno del tokamak evidenziate. Vengono visualizzati i 3 livelli del tokamak.

I lavori precedenti hanno affrontato questo problema1, tuttavia, sono necessari nuovi sforzi a causa (i) della necessità di seguire un approccio esaustivo per quanto riguarda le sorgenti di radiazioni e le operazioni in botte, (ii) la costante evoluzione della progettazione degli edifici e dei componenti e (iii) il miglioramento di codici e metodologie.

La capacità metodologica di calcolare mappe di radiazione dovute a sorgenti di radiazioni in movimento è stata dimostrata da lavori precedenti1. Tuttavia, lo scenario della movimentazione a distanza dei componenti a bordo della nave non può essere rappresentato completamente per i seguenti motivi: