Ingegneria nucleare

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L'ingegneria nucleare è la branca dell'ingegneria che studia l'applicazione pratica dei principi della fisica nucleare ovvero la disciplina che indaga il nucleo atomico e l'interazione tra radiazione e materia. Questo campo dell'ingegneria include l'analisi, la progettazione, lo sviluppo, la sperimentazione, l'attuazione ed il mantenimento dei sistemi e dei componenti utili alle reazioni nucleari, in particolare dei reattori nucleari delle centrali di energia nucleare e/o delle armi nucleari. Questo campo include dunque lo studio applicativo della fissione nucleare, della fusione nucleare e delle applicazioni in medicina del nucleare (applicazioni delle radiazioni), della sicurezza delle centrali, della proliferazione nucleare, degli effetti sull'ambiente dei rifiuti radioattivi.

Preparazione tipica[modifica | modifica wikitesto]

Quello che segue è il tipico lavoro quotidiano incluso nei programmi di ingegneria nucleare degli Stati Uniti.

Preparazione scolastica[modifica | modifica wikitesto]

Come con ogni disciplina di ingegneria, la preparazione scolastica include esercitazioni di matematica attraverso elementi di calcolo e corsi introduttivi di fisica e chimica.

Corso di laurea (in USA)[modifica | modifica wikitesto]

Il corso di laurea comincia con una base di meccanica e dinamica del moto delle particelle, termodinamica, introduzione alla programmazione, livello liceale di fisica e chimica e una rigorosa preparazione matematica attraverso le equazioni differenziali.

A metà del percorso un ingegnere nucleare deve scegliere una specializzazione nel campo che studierà successivamente. Il corso di studi successivo nel programma di ingegneria nucleare include la meccanica dei fluidi, la fisica del reattore, la meccanica quantistica, termoidraulica, i circuiti elettrici lineari, gli effetti delle radiazioni ed il trasporto del neutrone.

La specializzazione in fissione, include lo studio dei reattori nucleari, dei sistemi di fissione e delle centrali nucleari. I primi insegnamenti riguardano la neutronica e la termoidraulica per energia nucleare. È assolutamente necessaria una salda preparazione in termodinamica e in meccanica dei fluidi oltre che in idrodinamica.

La specializzazione in fusione nucleare include elettrodinamica e fisica del plasma. Quest'area è particolarmente orientata alla ricerca.

La specializzazione in medicina nucleare, include corsi riguardanti le dosi e l'assorbimento delle radiazioni da parte dei tessuti biologici. Coloro che acquisiscono competenza in quest'area solitamente sono impiegati nel campo medico. Molti ingegneri nucleari che hanno scelto questa specializzazione proseguiranno il loro percorso diventando medici nucleari autorizzati o andranno nelle scuole di medicina per diventare oncologi. La ricerca è anch'essa una scelta comune per i laureati.

USS Virginia, un sottomarino per attacchi nucleari (SSN) classe Virginia

Naval Nuclear Power School[modifica | modifica wikitesto]

La marina degli Stati Uniti si è resa promotrice di un programma denominato Naval Nuclear Power School per addestrare sia gli ufficiali, sia i marinai addetti ad operare con l'energia nucleare. Mentre alcuni ufficiali hanno una laurea in ingegneria nucleare, molti hanno ottenuto le loro lauree in altre discipline di ingegneria. Inoltre molti degli addetti non posseggono nessun titolo di studio superiore. Nonostante questo, sono preparati, attraverso un rigoroso programma (che dura dalle 65 settimane per gli allievi macchinisti ai 18 mesi per un tecnico elettronico e gli allievi elettricisti), per operare su centrali nucleari e elettriche a bordo dei sottomarini della marina e nella carriera in aviazione. Questo corso porta ad una certificazione del Dipartimento dell'Energia, e molti marinai scelgono di lavorare in centrali di energia civili dopo che la loro leva di sei anni è terminata.

Aree professionali[modifica | modifica wikitesto]

Fissione nucleare[modifica | modifica wikitesto]

Gli Stati Uniti traggono circa il 20% della loro elettricità dall'energia nucleare. È un'industria di massa e formare un gran numero di ingegneri nucleari assicura la sua stabilità. Gli ingegneri nucleari in questo campo lavorano generalmente, direttamente o indirettamente nell'industria dell'energia nucleare o nei laboratori del governo. Attualmente la ricerca nell'industria è indirizzata a produrre reattori con standard di sicurezza elevati, resistenti alle radiazioni ed economicamente convenienti. Nonostante nei laboratori governativi si ricerchi nelle stesse aree che nell'industria, essi studiano anche una miriade di altre soluzioni, come per esempio il combustibile nucleare, il ciclo del carburante nucleare, progettazione avanzata di reattori e progettazione di armi nucleari.

National Ignition Facility (NIF) target chamber

Fusione nucleare e Fisica del plasma[modifica | modifica wikitesto]

Le aree di ricerca includono materiali resistenti alle alte temperature e alle radiazioni e la fisica del plasma. Dal punto di vista internazionale la ricerca è attualmente diretta allo sviluppo del reattore sperimantale (tokamak) ITER. La ricerca sull'ITER si focalizzerà anzitutto sulla fisica del plasma, evidenziando in particolare le possibili instabilità in esercizio, per poi concentrarsi sullo sviluppo tecnologico dei componenti per il futuro reattore DEMO. I ricercatori statunitensi stanno inoltre costruendo una macchina per il confinamento inerziale chiamata National Ignition Facility o NIF.

NIF sarà usato per raffinare i calcoli di neutronica per l'iniziativa americana sull'uso delle riserve. Da notare che la fusione a confinamento inerziale è quella utilizzata per la realizzazione delle bombe H.

La differenza fra le macchine tokamak (o a confinamento magnetico) e quelle a confinamento inerziale è legata al fatto che, mentre nelle prime il plasma che, per le elevate temperature, non può essere in contatto diretto con nessun materiale, è tenuto in posizione tramite campi magnetici, invece nelle macchine a confinamento inerziale il plasma si autosostiene per le forze gravitazionali agenti fra gli astomi di idrogeno.

Medicina nucleare e fisica medica[modifica | modifica wikitesto]

Un'importante settore è costituito dalla medicina nucleare. Dalle macchine per i raggi X alle immagini ottenute grazie alla risonanza magnetica alla PET, tra gli altri, la medicina nucleare si occupa di molte delle moderne modalità di diagnosi.

Materiali nucleari e combustibili nucleari[modifica | modifica wikitesto]

La ricerca sui materiali nucleari è indirizzata principalmente a due aree principali, i combustibili nucleari e le modifiche indotte sui materiali dalle radiazioni. Lo sviluppo dei combustibili nucleari è cruciale per ottenere un maggior rendimento dei reattori nucleari. Gli studi sugli effetti delle radiazioni hanno molti fini, dallo studio delle modificazioni strutturali sulle componenti del reattore allo studio delle nano-modifiche dei metalli e dei semiconduttori usando raggi ionizzanti o acceleratori di particelle.

Misure delle radiazioni[modifica | modifica wikitesto]

Gli ingegneri nucleari e gli scienziati radiologici sono interessati a sviluppare metodi per il rilevamento e la misurazione delle radiazioni ionizzanti più avanzati usandole per migliorare le tecnologie di rappresentazione. Questo include, tra le altre cose, la progettazione di rilevatori, fabbricazione ed analisi, misurazioni dei parametri fondamentali dell'atomo e del nucleo, sistemi di rappresentazione delle radiazioni.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]