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ENEA - divisione Fusione

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Generatore di Neutroni Frascati (FNG)

FNG e' stato progettato per effettuare esperimenti di neutronica nell'ambito delle ricerche europee sulla fusione termonucleare controllata. Il progetto neutronico del mantello e dello schermo dei reattori a fusione di prossima generazione necessita di una verifica sperimentale delle sezioni d'urto nucleari utilizzate per i calcoli la piu' accurata possibile e una validazione dei metodi di calcolo utilizzati per il trasporto dei neutroni. Per fare questo e' necessaria un'apposita attivita' sperimentale denominata "esperimenti benchmark". Questo tipo di attivita' viene svolta con FNG.

FNG utilizza un fascio di deutoni accelerato fino a 300 keV contro un bersaglio triziato per produrre una emissione quasi isotropa di neutroni da 14 MeV mediante la reazione di fusione T(d,n)α.

Un fascio di ioni deuterio atomico e molecolare viene prodotto mediante una sorgente di tipo duoplasmatron (2) e ripulito da un magnete analizzatore (4) tramite una rotazione di 90°. In questo modo solo gli ioni atomici vengono iniettati all'interno di un tubo acceleratore a gradiente costante (5). Il fascio viene poi focalizzato sul bersaglio mediante una terna di quadripoli (7). La sorgente di ioni, il magnete analizzatore, l'elettronica e gli alimentatori a loro necessari sono mantenuti al potenziale di alta tensione, alloggiati in due differenti cabine. La terna di quadripoli, l'impianto da vuoto e il bersaglio sono a potenziale di terra. La regolazione e le misure di corrente/tensione dei vari alimentatori e' effettuata mediante una connessione in fibra ottica fino alla sala controllo.

schema FNG: vista dall'altoEM analyses on ITER-FEAT

Durante il bombardamento del fascio, del trizio viene rilasciato dal bersaglio verso le pompe da vuoto. Un impianto per la rimozione del trizio, alloggiato all'interno di una scatola a guanti e posto vicino alle pompe da vuoto, e' utilizzato per pulire il gas lo scarico delle pompe.

schema FNG: vista laterale EM analyses on ITER-FEAT

Quando e' necessario produrre neutroni da 2.5 MeV, viene montato un bersaglio deuterato al posto di quello triziato. I neutroni in questo caso sono prodotti con la reazione di fusione D(d,n)3He. L'intensita' dell'emissione e' pero' cento volte inferiore rispetto a quella da 14 MeV a causa della minore sezione d'urto della reazione D-D.

Le prestazioni attuali di FNG sono raccolte nella tabella sottostante:

Prestazioni attuali di FNG
Energia del fascio (keV) 230
D+ corrente sul bersaglio (mA) 1
Dimensioni del fascio sul bersaglio (mm) 10
Distanza minima per esporre i campioni (mm) 4
Emissione totale di neutroni da14 MeV su angolo solido di 4π(s-1) 1 x 1011
Tempo di dimezzamento dell'intensita' neutronica prodotta da un bersaglio triziato (h) ˜ 25
   
Emissione totale di neutroni da 2.5 MeV su angolo solido di 4π(s-1) ˜ 1 x 108
   
Metodo di misura dell'intensita' neutronica particella associata

FNG e' alloggiato all'interno di un grande bunker (11.5 x 12 m2 e 9 m di altezza) e il bersaglio e' posto a circa 4 m di distanza dalle pareti, pavimento e soffitto. Questo ha permesso di ridurre al massimo il fondo dei neutroni riflessi dal bunker. Anche il supporto del bersaglio e' stato progettato in maniera da minimizzare la contaminazione dello spettro dei neutroni prodotti dai neutroni diffusi o riflessi.
[vedi foto grande del laboratorio FNG (304KB)]