ORTEC, al servizio della scienza e degli esperti dell’Università di Pavia e di Milano Bicocca

Tra gli strumenti protagonisti della valutazione del burn-up del combustibile del complesso moltiplicante sottocritico SM1 dell’Università degli Studi di Pavia e dell’Università di Milano Bicocca c’è DETECTIVE-200 di ORTEC.

La Struttura Moltiplicante sottocritica SM1 dell’Università degli Studi di Pavia è un reattore nucleare progettato e utilizzato per produrre reazioni di fissione a catena, con la caratteristica peculiare che in assenza di una sorgente di neutroni ne risulta impossibile l’auto sostenimento, sia in condizioni normali, sia accidentali. Infatti, la struttura moltiplicante sottocritica è costituita da elementi di combustibile contenenti uranio metallico naturale, quindi con un tenore di 235U che non permette in alcun modo di raggiungere la criticità.

La struttura, originariamente proprietà della ditta SITEN di Milano, è stata installata presso l’Università di Cagliari nel 1958, trasferita presso l’Università di Pavia nel 1960 e ri-assemblata nella collocazione attuale nel 1961 per poi essere donata, alla ditta proprietaria, all’ateneo pavese. Dopo più di 50 anni di funzionamento, attraverso la collaborazione di tecnici e ricercatori dell’Università di Milano Bicocca, dell’Università di Pavia, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e della azienda ORTEC che ha messo a disposizione il DETECTIVE-200 è in corso la caratterizzazione di alcuni degli elementi di combustibile presenti in SM1, con lo scopo di valutare il burn-up del combustibile attraverso la misura del 137Cs presenti nelle barre. Oltre al burn-up potranno essere misurate anche le attività dei principali prodotti di attivazione che saranno presenti negli spettri sperimentali.

Grazie alle peculiarità del DETECTIVE-200, ovvero un Germanio Coassiale di tipo P portatile, con una finestra di 5675 mm2 di area ottenuta attraverso l’utilizzo di un cristallo di germanio avente  85 mm di diametro e 30+ mm di altezza, è possibile effettuare le misure direttamente all’interno della struttura che ospita SM1, senza la necessità di spostare fisicamente le barre in un laboratorio di misura.

Questo tipo di rivelatore infatti, è dotato di un refrigeratore miniaturizzato funzionante con un ciclo Stirling, che oltre a permetterne la portabilità date le contenute dimensioni dello strumento  (42.72 cm  x 24.13 cm x 38.7 cm di altezza) ne garantisce il funzionamento anche con cicli termici intermedi, assicurando inoltre una risoluzione energetica del tutto confrontabile con quella ottenuta con germani iperpuri di pari dimensioni raffreddati con azoto liquido grazie all’ausilio di un filtro digitale che sopprime efficacemente il rumore dovuto alle vibrazioni del refrigeratore stesso.

Il calcolo dell’efficienza dei diversi raggi gamma, necessario per la stima dell’attività dei vari radioisotopi misurati con il DETECTIVE-200 presenti nelle barre di combustibile, sarà effettuato attraverso l’ausilio di simulazioni Montecarlo con il software ARBY, messo a punto dai ricercatori dell’INFN di Milano Bicocca, basato sulle librerie di Geant4 utilizzando le informazioni provenienti dalla casa costruttrice per quel che riguarda la geometria del rivelatore e i disegni tecnici delle barre di combustibile di SM1.

Attraverso la combinazione dell’utilizzo del DETECTIVE-200 e del software ARBY si potrà avere quindi, oltre che una caratterizzazione qualitativa, un vero e proprio inventario dei radionuclidi presenti in SM1, anche una valutazione quantitativa precisa indispensabile per la stima del burn-up del combustibile.

Log in with your credentials

Forgot your details?