Fornire agli allievi le conoscenze per comprendere le problematiche di fabbricazione e scelta dei materiali nella progettazione dei componenti e sistemi presenti negli impianti nucleari.
Nel corso sono richiamate e fornite le nozioni di base sulle proprietà dei materiali impiegati negli impianti nucleari a fissione e fusione, in particolare sui metalli liquidi. Si affrontano, con particolare riguardo, gli aspetti concernenti il danno da radiazione nei combustibili nucleari e nei materiali strutturali. In particolare si tratta l’interazione delle radiazioni con i materiali con particolare riferimento all’irraggiamento neutronico e alle particelle cariche pesanti (codice TRIM). Si considerano anche i processi di trasporto dei radionuclidi nei combustibili e refrigeranti. Infine seguono le tematiche connesse al trattamento e condizionamento dei rifiuti radioattivi.

L’allievo dovrà dimostrare la conoscenza dei materiali di interesse per la realizzazione di componenti degli impianti nucleari considerando la funzione da essi svolta, i meccanismi di degradazione delle proprietà in presenza di campi di radiazione ionizzante , i criteri per la selezione dei materiali in sede di progettazione.

Si richiedono conoscenze pregresse di impianti nucleari e di scienza e tecnologia dei materiali.

Materiali e funzioni di riferimento nel settore dell’ingegneria nucleare: dai combustibili, ai refrigeranti, moderatori, materiali strutturali.
La struttura cristallina e suoi difetti.
Meccanismi di formazione dei difetti e stima della loro concentrazione.
- Danneggiamento indotto dalle radiazioni ionizzanti: tipi di danneggiamento indotti nei cristalli, valutazione dell’irraggiamento di un materiale, fluenza.
- Interazione con fotoni di alta energia, neutroni, frammenti di fissione, ioni pesanti
- Interazione dei neutroni veloci con i metalli.
- - Teorie per la stima degli spostamenti di atomi per irraggiamento, Ratei di spostamento.
- Impianti per lo studio del danno da radiazione.
- Spostamenti multipli associati ad urti primari.
- Formazione di vacanze, cluster di difetti puntuali nei metalli.
- Formazione dei vuoti (swelling).
- Spike di fissione.
- Formazione di bolle con processi di nucleazione, crescita, aggregazione e migrazione.
- Fenomeni di diffusione e rilascio attraverso i bordi dei grani.
- Modelli per lo studio della formazione delle bolle durante l’irraggiamento.
- Effetti dell’irraggiamento sulle proprietà fisiche.
- Effetti dell’irraggiamento sulle proprietà meccaniche, curve di trazione e curve di transizione duttile - fragile.
- Creep da irraggiamento.

Esercitazioni numeriche finalizzate allo studio dell’inventario di massa dei materiali in un progetto, caratterizzazione delle proprietà termofisiche e meccaniche e come esse variano con l’irraggiamento con radiazioni ionizzanti.

D. R,. Olander, Fundamental Aspects of Nuclear Reactor Fuel Elements, TID-26711-P1, 1976,
Technical Information Center, Office of Public Affaire, Energy Research and Development Administration
J. Gittus, Irradiation Effects in Crystalline Solids, Appl. Sci. Pub. Ltd., London (1978).
Appunti del docente.
Documentazione IAEA

Discussione di un elaborato avente per oggetto una classe di materiali impiegati negli impianti nucleari con caratterizzazione delle proprietà termofisiche, termomeccaniche, tecnologiche, gli impieghi, le condizioni operative, gli effetti dell’irraggiamento, le modalità di lavorazione nella preparazione dei componenti o nella preparazione del materiale per l’uso in campo nucleare.
Esercitazioni numeriche per la valutazione delle proprietà dei materiali e/o per lo studio del danno da radiazioni