ECTS - University of Pisa
Lo studente che completa con successo il corso avrà la capacità di comprendere i fenomeni di trasporto dei neutroni tipici di un reattore nucleare, in riferimento sia agli effetti statici che dinamici rilevanti per la progettazione del nocciolo del reattore. Sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza delle teorie della diffusione e del trasporto dei neutroni, in particolare per quanto riguarda la loro applicazione a problemi di ingegneria come la determinazione della costante di moltiplicazione del reattore o il calcolo di una cella a combustibile. Lo studente conoscerà anche gli strumenti matematici e numerici che sono alla base dei calcoli tipici del nocciolo di un reattore.
The student who successfully completes the course will have the ability to understand the neutron transport phenomena typical of a nuclear reactor core, with reference both to the static and dynamic effects important for the reactor core design. He will be able to demonstrate a solid knowledge of the neutron diffusion and transport theories, particularly as it concerns their application to engineering problems like the determination of the multiplication constant of a reactor core or the calculation of a reactor fuel cell. He will be also aware of the mathematical and numerical tools that are at the basis of the typical reactor core calculations.
Durante la prova orale lo studente sarà valutato sulla sua capacità di discutere con rigore i contenuti principali del corso utilizzando la terminologia appropriata. Si prevede inoltre che dimostri una buona capacità di collegamento tra i diversi argomenti del corso.
Metodo di esame:
During the oral examination the student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss with rigor the main course contents using the appropriate terminology. It is also expected that he/she will show a good ability in making connection between the different topics of the course.
Methods:
Lo studente padroneggerà i principali strumenti analitici e numerici per la predizione del comportamento dei neutroni nei reattori nucleari.
The student will master the main analytical and numerical tools for the prediction of the behaviour of neutrons in nuclear reactors.
Esame orale in cui saranno proposti problemi da discutere e/o risolvere.
Oral Examination with proposal of problems.
Lo studente familiarizzerà con il comportamento dei neutroni come aspetto fondamentale di qualsiasi centrale nucleare, in termini di produzione di potenza ed energia. I feedback intrinseci, il comportamento dinamico e statico del reattore dovrebbero entrare nel DNA di qualsiasi ingegnere nucleare come fulcro della sua preparazione.
La materia oggetto di questo corso propone una serie affascinante di argomenti, strettamente legati alla storia dell'energia nucleare (da Fermi e collaboratori alle più aggiornate tecniche di calcolo). Lo studente dovrebbe sentire questo legame con gli sviluppi storici e attuali di questa affascinante materia.
The student will become acquainted with the behaviour of neutrons as the fundamental aspect of any nuclear plant, in terms of power production and energy. The inherent feedbacks, the dynamic and static behaviour should enter into the the DNA of any nuclear engineer as the focus of his / her study.
The matter proposes a fascinating series of topics, strictly linked to the history of nuclear energy (from Fermi and coworkers to the most up to date computational techniques). The student should feel this link to the historical and present developments of this fascinating matter.
La prova orale sarà sufficiente al docente per valutare la padronanza che lo studente ha raggiunto nella gestione degli affascinanti concetti e strumenti matematici e fisici offerti dal corso.
The oral examination will provide sufficient easy to the teacher to assess the mstery that the student has reached in handling the fascinating mathematical and physical concepts and tools offered by the course.
Principi fisici di ingegneria nucleare. Tuttavia, il corso è concepito per partire da zero in materia nucleare.
Physical Principles of Nuclear Engineering. However, the course is conceived for staring from scratch in nuclear matters.
Erogazione: a causa dell'emergenza Covid-19, almeno per il primo semestre, il corso verrà erogato in modalità e-learning. Se possibile, il secondo semestre sarà svolto in presenza.
Attività didattiche:
Frequenza alle lezioni
Partecipazione ai seminari
Partecipazione alle discussioni
Attività di laboratorio
Frequenza: consigliata
Metodi di insegnamento:
Lezioni
Seminari
Laboratori
Delivery: due to the Covid-19 emergency, at least for the first semester, the course will be delivered in e-learning modality. If possible, the second semester will be face-to-face.
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Il corso copre i seguenti aspetti: l'equazione di continuità, la legge di Fick e l'equazione di diffusione dei neutroni; problemi stazionari di diffusione dei neutroni con sorgente fissa; la funzione di Green dell'equazione di diffusione; il rallentamento dei neutroni e l'assorbimento di risonanza; la costante di moltiplicazione di un reattore critico con uno o più gruppi di energia; i neutroni ritardati e la cinetica di un nocciolo di reattore omogeneo; strategie tipiche per risolvere i problemi di criticità con uno o più gruppi energetici; soluzione di sistemi di equazioni algebriche lineari con metodi diretti o iterativi (Jacobi, Gauss-Seidel, SOR, ADI, ...); soluzione numerica di problemi di cinetica dei neutroni multigruppo con neutroni ritardati; l'equazione del trasporto integro-differenziale e la sua approssimazione in armoniche sferiche; l'equazione di trasporto integrale e sua derivazione dalla forma integro-differenziale; il metodo della probabilità di collisione; il metodo delle ordinate discrete; l'effetto raggio; il metodo delle caratteristiche.
The course covers the following aspects: the continuity equation, the Fick’s law and the diffusion equation of the neutrons; steady-state neutron diffusion problems with fixed source; the Green function of the diffusion equation; the neutron slowing down and the resonance absorption; the multiplication constant of a critical reactor with one or more energy groups; the delayed neutrons and the kinetic of a homogeneous reactor core; typical strategies to solve the criticality problems with one or more energy groups; solution of linear algebraic equation systems with direct or iterative methods (Jacobi, Gauss-Seidel, SOR, ADI,...); numerical solution of multigroup neutron kinetics problems with delayed neutrons; the integro-differential transport equation and its spherical harmonics approximation; the integral transport equation and its derivation from the integro-differential form; the collision probability method; the discrete ordinate method; the ray effect; the method of characteristics.
Materiale fornito dal docente.
Libri raccomandati:
Teaching materials provided by the teacher.
Recommended readings include:
Contattare il Prof. Valerio Giusti (v.giusti@ing.unipi.it) per qualsiasi informazione.
Contact Prof. Valerio Giusti at v.giusti@ing.unipi.it for any direction.
Esame orale.
È possibile suddividere l'esame finale in due parti, la prima relativa al modulo di Fisica dei Reattori, la seconda al modulo dei Modelli Numerici per Reattori Nucleari. I due colloqui saranno considerati test "in itinere".
La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato, il docente e, generalmente, un collega o collaboratore del docente. La durata del colloquio orale va da una a due ore a seconda della qualità dello stesso.
Per superare la prova il candidato deve dimostrare la capacità di esprimersi in modo chiaro utilizzando la terminologia corretta rispondendo alle domande poste. Se il candidato mostrerà una totale mancanza di conoscenza di uno dei diversi argomenti discussi durante il corso, l'esame sarà non superato.
Oral examination. It is possible to split the final examination into two parts, the first related to the Reactor Physics module, the second to the module of Numerical models. The two colloquia will be considered tests "in itinere".
The oral test consists of an interview between the candidate the lecturer and, generally, a lecturer's colleague or collaborator. The duration of the oral interview is ranging between one and two hours depending on the quality of it.
To pass the test the candidate has to show the ability of express him/herself in a clear manner using the correct terminology answering the posed questions. If the candidate will show a complete lack of knowledge of one of the different argument discussed during the course, the test will fail.
