ANALISI DI RISCHIO DELL’IMPIANTO SPERIMENTALE “SELECTIVE PRODUCTION OF EXOTIC SPECIES” (SPES) DELL’INFN DI LEGNARO

Il progetto di ricerca denominato EURISOL (European Isotope Separation On-Line Radioactive Ion Beam Facility), che vede coinvolti i principali laboratori di ricerca nucleari europei, è rivolto allo studio di progettazione e fattibilità di un impianto per la produzione di fasci di nuclei radioattivi posizionati nella cosiddetta “terra incognita” della carta dei nuclidi. Lo scopo principale è l’esplorazione della materia esotica (nuclei caratterizzati da un eccesso difetto di neutroni), con le sue possibili implicazioni nell’ambito della ricerca di base della fisica nucleare, nelle applicazioni in campo medico e dell’astrofisica, e ancora nello studio dei materiali utilizzati nei reattori nucleari innovativi di IV generazione. La partecipazione italiana al progetto è coordinata dall' INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), in particolare, dai Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) e dai Laboratori Nazionali del Sud (LNS) di Catania. Presso il centro di ricerca LNL è in fase di realizzazione un impianto sperimentale di tipo ISOL (Isotope Separation On-Line), denominato SPES (Selective Production of Exotic Species), che prevede la produzione di fasci di ioni radioattivi del tipo “neutron-rich” per mezzo di reazioni di fissione indotte dalle collisioni di un fascio di protoni, accelerati da un ciclotrone, su un bersaglio (target) costituito da dischi in carburo di uranio (UCx). Le particelle radioattive generate dalle reazioni di fissione vengono successivamente estratte, ionizzate, separate in massa ed accelerate come fascio di ioni radioattivo per mezzo di un acceleratore lineare. La produzione di fasci di ioni radioattivi richiede l’impiego di tecnologie estremamente complesse ed innovative, soprattutto per la progettazione del cuore della facility costituito dal target ed dai relativi sistemi di controllo e sicurezza. L’idea innovativa introdotta dal progetto SPES è la suddivisione del target in sette dischi opportunamente spaziati che permette, a parità di volume, di aumentare la superficie di scambio termico e di dissipare la potenza termica prodotta dal fascio protonico (stimata in circa 8,5 kW) con maggiore efficienza. L’elevata radioattività presente nel target comporta la necessità di attenti studi di sicurezza volti ad individuare condizioni di funzionamento indesiderate e/o ridurre situazioni incidentali. L’attività di ricerca svolta nell’ambito del dottorato si è focalizzata sullo svolgimento di analisi di sicurezza riguardanti alcuni dei sistemi più importanti dal punto di vista del controllo e della sicurezza dell’impianto. In particolare, tenendo presente l’aspetto fortemente innovativo di SPES, sono state utilizzate diverse tecniche di analisi del rischio, alcune delle quali sono state modificate con lo scopo di eliminare le lacune contenute nell’applicazione del metodo. Per lo svolgimento del lavoro di ricerca è stato utilizzato un approccio integrato basato sulla metodologia HAZOP (HAZard and OPerability analysis), che ha consentito di identificare alcuni eventi iniziatori di incidente, e la simulazione delle sequenze fenomenologiche coinvolte negli incidenti individuati attraverso il codice di calcolo termo-fluidodinamico avanzato RELAP5-3D. Inoltre, per individuare i modi di guasto più critici è stato utilizzato un nuovo approccio della tecnica FMECA (Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis), basato sulla logica fuzzy. Per migliorare la metodologia fuzzy FMECA è stata messa a punto una nuova procedura per la valutazione dell’indice di rischio, denominato Fuzzy RPN (FRPN). I risultati ottenuti hanno consentito di fornire proposte e modifiche progettuali volte a migliore le prestazione dell’impianto e/o mitigare le conseguenze di alcune possibili situazioni incidentali.