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Titolo: Re: La fusione nucleare non produce scorie radioattive, anzi sì ...

 
 
non a caso Rubbia aveva "escogitato" la cosiddetta fusione 
aneutronica (di cui cmq non ricordo nulla e nemmeno la 
guglerò, in quanto immagino userebbe nuclidi rari e avrà 
ancora meno probabilità di prendere piede di quella 
"normale" che usa nuclidi abbondanti).
 
la radioattivazione è un problema cmq non tipico della 
fusione, anche nei reattori a fissione un certo numero di 
neutroni "sfugge" perché non esiste nessuna forma 3D che 
possa essere caratterizzata da flussi esclusivamente interni.
 
Servirebbe qualche bizzarro oggetto astratto, teorico, tipo 
un nastro di Moebius 3D con soltanto una superficie tutta 
interna, praticamente solo buco e niente guscio :D :D :D
 
l'effetto è che i costi di decommissioning aumentano 
vertiginosamente, perché non solo le barre esauste sono 
radioattive e farcite di robaccia, ma anche tutti gli 
involucri (specialmente quelli densi come acciaio, 
calcestruzzo e quanto) lentamente si caricano di tracce di 
radionuclidi per attivazione neutronica.
 
 
P.S. è mai stato pensato di includere anche supermagneti per 
curvare interamente i flussi di neutroni fuggitivi e 
ricacciarli verso il nocciolo ?
Costo a parte, la vedrei come una sicurezza PASSIVA tra 
l'altro, nel senso che se il reattore viaggia lievemente 
supercritico o critico CON i campi deflettori/concentratori 
accesi, in caso di guasto e spegnimento, diventerebbe subito 
SUB-critico per perdita naturale di una parte dei neutroni.
 
E ancora : potrebbe aumentare il grado di bruciamento ? 
Sarebbe un super-auto-fertilizzante se non si lasciasse 
scappare nemmeno un neutrone ?
Esistono settings di magneti adatti a contenere flussi di 
neutroni radiali semi-random entro una forma circa 
sferoidale ? Su questo aspetto 3D sono assolutamente 
ignorantissimo, ma nei limiti di tale ignoranza mi sembra 
difficile creare un contenimento sferoidale, per una qualche 
intuizione di problemi con le "circuitazioni" dei campi, 
però boh ... anche parcheggiarli in orbite attorno al 
nocciolo potrebbe andare.
Ora non mi ricordo assolutamente l'emivita, e questo aspetto 
quantitativo è cruciale, ma il neutrone ISOLATO e 
parcheggiato in un orbita stabile grazie ai campi di 
contenimento, presto o tardi "evaporerebbe" (decadrebbe) in 
H+, e- e forse qualche fotone e/o neutrino : e il processo 
sarebbe esotermico.
Quindi basterebbe riuscire a parcheggiarli abbastanza a 
lungo e i neutroni svanirebbero e non potrebbero più andare 
a contaminare l'involucro.
 
Sicuramente ci si sarà già pensato ... boh
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

 invece non è così!!!
 
La fusione richiede trizio che è un isotopo radioattivo. Tuttavia la 
fusione *è* più pulita della fissione.
 
In particolare, anche se è presente il problema dei materiali attivati 
per irradiazione, manca completamente quello molto grave dello 
smaltimento del combustibile esausto.
 
Giorgio

 Sicuramente ci si sarà già pensato ... boh 
 
No, a tante cazzate non ci ha mai pensato nessuno. Tu sei il primo.

 
 
magari alcune "banali" nella scrittura sarebbero 
aneutroniche, ma sono molto meno banali per le condizioni 
tremende necessarie.
 
Penso a quella della bomba all'idrogeno (intendo solo la 
prima reazione della cascata, che non conosco bene per nulla 
: H + H => D + e-).
In questo caso non ci sta un neutrone che sia uno 
inizialmente, la vedo grigia a produrne. Il deuterio poi 
manco decade.
 
Anche una D + D = He (alpha) non mi sembra che generi 
neutroni, ma sembra essere di nuovo una di quelle che 
richiedono condizioni molto aspre.
 
Se invece si parte dal trizio, ha un rapporto n/p superiore 
a quello dei nuclidi stabili leggeri (che è circa 1:1) per 
cui lì sicuramente cominciano le grane.


 magnetici/elettrici.
...
Dicamo "poco" sensibili? ;-)
Avendo un momento magnetico non nullo,
sono soggetti a una forza magnetica in
un campo magnetico non omogeneo.
 
Ciao
 
-- 
Giorgio Bibbiani
(mail non letta)

 un campo magnetico non omogeneo. 
 
Grazie per la correzione. C'e' sempre da imparare :-)
A mia discolpa posso solo portare il fatto di non essere un fisico, ma
un ingegnere e nel periodo in cui mi sono occupato della analisi neutronica
del vessel/blanket del reattore ITER abbiamo trattato i neutroni sempre
come particelle con traiettorie LINEARI soggette soggette ad interazioni
nucleari di tipo elastico/anelastico e non influenzate dai campi magnetici/elettrici
variabili usati in ITER (nei tokamak si usano delle "rampe" di campi magnetici, 
al contrario degli stallarator tipo Wendelstein 7X dove si usano campi magnetici costanti).
Per le analisi ho usato codici di tipo montecarlo come MCNP in cui i campi
magnetici non sono modellati. In piu. nei miei studi, non ho mai letto o sentito
di "acceleratori" di neutroni basati sulla variazione del campi magnetici (mi e'
dembrato di aver capito che i neutroni sono sensibili solo alle "variazioni"
di campi magnetici e non ai campi magnetici costanti: e' cosi?)
 
Cio' non toglie che anche io mi sarei dovuto informare prima di sparare
una ca**ata a mia volta :-)
 
Ciao.

 di campi magnetici e non ai campi magnetici costanti: e' cosi?)
 
Sì, se il campo B è costante allora per esercitare una forza magnetica
(oltre a un momento di forza) sui neutroni deve essere non uniforme,
il potenziale di interazione del momento magnetico con il campo magnetico
esterno è U = - m . B (. = prod. scalare), v. ad es.
Jackson, Classical Electrodynamics 3^d ed., par. 5.7.
 
Ho visto che si trova diverso materiale in rete, sono stati
realizzati esperimenti del tipo Stern-Gerlach con neutroni
 
https://dtk.tankonyvtar.hu/xmlui/bitstream/handle/123456789/8932/B9780123956897500139.pdf?sequence=13&isAllowed=y
 
 
e si focalizzano fasci di neutroni con lenti magnetiche, v. ad es.
 
https://www.jstage.jst.go.jp/article/hamon1991/15/1/15_1_43/_article/-char/en
 


 come fonte di energia pulita, senza scorie radioattive
 
La faccenda e` complessa. A parte quel che ti e` stato gia`
risposto, c'e` il problema aggiuntivo del trizio.
La fusione deuterio-deuterio produce neutroni:
D + D -> T + p
D + D -> 3He + n
D + D -> 4He + gamma (raramente)
ma i reattori attualmente allo studio non dovrebbero
sfruttare quella reazione, perche' la fusione
deuterio-trizio e` molto piu' facile e produce piu' energia.
Tuttavia il trizio non esiste in natura. Pertanto, si
vorrebbero sfruttare proprio i neutroni prodotti dalla
reazione per formare altro trizio, facendo avvenire la
reazione dentro un involucro di litio-6 (piu' o meno come
avviene nelle bombe H):
D + T = 4He + n
6Li + n = 4He + T
In questa architettura, va da se' che la gran maggioranza
dei neutroni prodotti deve essere ricatturata dal litio per
produrre il trizio. Ci si puo` permettere di perderne una
quantita` non superiore a quella che si forma per altre
reazioni, come la fusione D+D, che in un reattore del genere
avverrebbe comunque ma a un tasso molto inferiore alla D+T
(sempre che non si voglia ricorrere a un po' di litio-7 per
aumentare i neutroni, ma non ne ho sentito parlare).
Almeno, questo e` quanto la logica mi consente di supporre.
Quindi l'irraggiamento neutronico indesiderato delle pareti
del reattore dovrebbe essere molto inferiore a quello che
avverrebbe in un ipotetico reattore puramente D+D.
 
Ciao
Paolo Russo

Giorgio Bibbiani ha scritto:
 > Ho visto che si trova diverso materiale in rete, sono stati
 > realizzati esperimenti del tipo Stern-Gerlach con neutroni
Aggiungo qulcosa solo per colmare una lacuna di questa discussione.
(Mai che vi venga in mente di dare qualche numero :-( )
Soviet_Mario chiedeva quant'è l'emivita del neutrone.
 
A me l'emivita sta antipatica, ma la vita media (che non è la stessa
cosa) credo che sia circa 12 minuti.
Curiosità autobiografica: la misura della vita media del neutrone fu
una delle mie tesine di laurea (1951).
 
Sì, perché allora a Roma si portava una tesi di laurea bella
sostanziosa, spesso con lavoro originale. Poi c'erano tre (leggasi
tre) tesine, di cui almeno una veniva chiesta alla laurea.
Vigeva poi una regola non scritta: un teorico doveva portare una (o
due?) tesina sperimentale.
Io ne portai due e una (Mezzetti) fu quella che ho detto: dovetti
studiare un articolo che descriveva la prima misura di detta vita
media.
Questo per dire che l'instabilità del neutrone era stata scoperta da
poco.
 
Quanto al momento magnetico, è importante sapere che non è nullo, ma è
circa 1000 volte più piccolo di quello dell'elettrone, ed è opposto a
quello del protone, che è un pochino più grande.
 
Ce n'è voluta per capire come mai protone e neutrone non si
conformassero alla regola che legava il mom. magnetico al mom.
angolare di spin: per particelle di spin 1/2 il mom. magnetico avrebbe
dovuto essere inversamente proporzionale alla massa.
Questo tornava come ordine di grandezza, ma lo scostamento era grande:
circa un fattore 2.
Naturalmente la spiegazione è che p e n sono particella composte.
Ciò spiega anche come mai il neutrone, pur essendo globalmente neutro,
abbia un mom. magnetico.
-- 
Elio Fabri

 aumentare i neutroni, ma non ne ho sentito parlare). 
 
In ITER (DEMO) si usa berilio come materiale di prima parete 
per moltiplicare i neutroni prodotti nel plasma: 
Be9 (n, 2n) Be8
 
In tal modo si puo ragiungere un rapoorto di tritio prodotto/tritio usato > 1.
Il tritio in natura e' quasi inesitente a causa del suo tempo di dimezzamento 
che e' di appena 12, 3 anni. Per questo e' importante produrlo nel reattore
se si vuole usare nella reazione di fusione.

 Be9 (n, 2n) Be8
 
Ah, grazie, non lo sapevo.
Pero`, scusa, ma mi sembra proprio roba da demo (come del
resto hai scritto). Il berillio e` troppo raro per poterlo
bruciare nella catena di reazioni di un reattore nucleare
commerciale. Un demo cosi' non mi convincerebbe mica tanto.
Certo, il litio-7 fa perdere 2.47 MEv contro 1.57 MEv del
berillio, ma almeno e` usabile per davvero.
 
Ciao
Paolo Russo (programmatore, eh, non sono un fisico neanch'io)

 berillio, ma almeno e` usabile per davvero. 
 
Il litio produce 1 H3 per ogni reatione con 1 Li. Se raddoppi i neutroni 
produci il doppio di H3. Per questo e' importante il moltiplicatore di 
neutroni.
 
I neutroni prodoti nel plasma hanno 14.5 MeV e la sezione d'urto
per la reazione Li-H3 e' piu alta ad energia termiche dei neutroni.
Infatti oltre la Be, che produce neutroni meno energetici, si usa
tanta acqua nei moduli di prima parete (blanket) che ha lo scopo 
di termalizzare i neutroni per aumentare la produzione di H3.
 
Senza Be nella prima parete non si puo' produrre piu' H3 di quello che
si brucerebbe e quindi niente reazione D-T nel reattore. Come
detto il tritio in natura praticamente non esiste a causa del suo ridottissimo
tempo di dimezzamento (12 anni circa). In Canada viene prodotto nei reattori
di tipo CANDU ad acqua pesante, ma non si puo' stoccarre per tanto tempo
ed e' anche altamente velenoso e pericoloso.
 
Alternartive al Be al momento non c'e' ne sono. Forse se si riuscira ad 
ottimizzare l'assorbimento dei neutroni nel Li si potra' fare a meno del Be
o usare un altro moltiplicatore con un efficienza di moltiplicazione  piu' bassa.

 si brucerebbe e quindi niente reazione D-T nel reattore.
 
Mi sa che non mi sono spiegato.
Siamo d'accordo che il litio-6 serve a questo:
Li6 + n -> He4 + T + 4.78 MeV
Ma io parlavo di aggiungerci anche un po' di litio-7:
Li7 + n + 2.47 MEv -> He4 + T + n
Il vantaggio e` che produce trizio senza catturare il
neutrone, che rimane disponibile per una reazione con il
litio-6, cosi' si possono produrre mediamente due nuclei di
trizio per neutrone.
Tra l'altro, il litio-7 e` molto piu' comune del litio-6;
solo il 7% del litio naturale e` litio-6, tutto il resto e`
litio-7. Il berillio e` molto piu' raro, francamente dubito
che si possa ragionevolmente usarlo in reattori commerciali.
Boh, il litio-7 sara` stato scartato per qualche motivo che
non mi e` chiaro. Forse la perdita di energia? Francamente
perdere 2.47 MEv per nucleo di trizio prodotto mi
sembrerebbe piu' che accettabile.
O forse perche' sopprime i neutroni lenti, il che non e`
molto desiderabile:
Li7 + n -> Li8 + 2.03 MEv
Li8 -> Be8 + e + antineutrino + 16 MEv
Be8 -> 2He4 + 92 kEv
(se non ho fatto male i conti, ma non credo perche' il
programmino con cui li faccio l'ho testato abbastanza.)
Pero` a occhio non mi sembrerebbe un gran problema, dovrebbe
bastare non esagerare con lo spessore di litio-7.
 
Sull'efficienza di quella reazione con il litio-7 , vale
forse la pena di citare questo "simpatico" aneddoto:
https://it.wikipedia.org/wiki/Castle_Bravo
 
La pagina in inglese e` molto piu' ricca di dettagli, forse
troppo. Quella in italiano dice l'essenziale.
 
Ciao
Paolo Russo

 Li7 + n + 2.47 MEv -> He4 + T + n 
 
Adesso non ricordo benissimo (ho partecipato al design di ITER
piu' di 20 anni fa, in particolare le analisi neutroniche del blaonked 
e di dose di attivazione dopo lo shudown, se cerchi con google 
"D. Valenza ITER neutron  o shutdown" troverai diverse publicazioni 
a riguardo) ma mi pare che il litio che si usera' in DEMO sia litio naturale
(quindi una miscela di Li6 e Li7 con le relative abbondanze naturali) sotto 
forma di metallo liquido (Li, Pb-17 Li) o di palline ceramiche Li02 
(
https://publikationen.bibliothek.kit.edu/270031490/3813444
 vedi 1.1 a pagina 1)
 
Quindi le due reazioni di Li6 e Li7 che hai citato in DEMO produrranno H3. I neutroni
secondari prodotti dalla Li7 non sono sufficienti ad ottenere un TBR>1 (Tritium 
breeding ratio) e quindi la necessita' di mettere il berilio come moltiplicatore di 
neutroni.
 
Ricordo che ITER non ha un breeding blanket e quindi niente litio in ITER (tranne 
forse qualche modulo con poco litio per fare esperimenti di breeding).
Il reattore DEMO, successivo a ITER, sara un reattore di tipo commenrciale
che produrra il trizio per la reazione di fusione. 

 
 
Grazie, l'ho scaricato, lo leggero`.
Comunque vedo che tra le sostanze elencate c'e` anche
Li2ZrO3 ("dilithium zirconium trioxide"). Lo sapevo che
prima o poi qualcuno li avrebbe usati, i cristalli di
dilitio per produrre energia. :-)
 
Ciao, buon fine anno a tutti
Paolo Russo

 berillio, ma almeno e` usabile per davvero.
 
Orpo, sono almeno due post che scrivo Ev invece di eV. Scusate...
 
Ciao
Paolo Russo