Rafforzare la sicurezza nucleare grazie a un’alleanza di ricerca tra UE e USA
Le vibrazioni indotte dal flusso (FIV, flow-induced vibration), che svolgono un ruolo critico sia per la sicurezza che per le prestazioni delle centrali nucleari, si verificano nel nocciolo del reattore, dove le barre di combustibile possono vibrare, e nei generatori di vapore, dove i tubi separano l’acqua radioattiva da quella pulita. In caso di usura, queste strutture possono causare perdite radioattive; la prevenzione di questi guasti è l’obiettivo primario del progetto GO-VIKING(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. «La finalità è quella di migliorare la comprensione e l’analisi delle FIV», spiega Angel Papukchiev, coordinatore del progetto e ingegnere presso l’impresa tedesca GRS(si apre in una nuova finestra). «L’obiettivo finale è quello di incrementare l’efficacia della previsione, in modo da ridurre i rischi.»
Condividere i punti di forza per promuovere l’innovazione
GO-VIKING è stato concepito come uno sforzo congiunto sin dal suo avvio: mentre i team europei hanno condotto esperimenti e sviluppato codici avanzati allo scopo di simulare il comportamento delle vibrazioni, quelli statunitensi hanno apportato punti di forza complementari, ovvero l’accesso al calcolo ad alte prestazioni presso l’Oak Ridge National Laboratory(si apre in una nuova finestra) e competenze nell’interazione tra fluido e struttura. Combinando l’eccellenza nella ricerca dell’UE e degli Stati Uniti, si stimolerà una maggiore sicurezza su entrambe le sponde dell’Atlantico. Il consorzio ha riunito università, istituti di ricerca, partner industriali e organizzazioni tecniche di sicurezza, dando vita a una collaborazione che ha garantito l’allineamento dei risultati alle esigenze operative e ai quadri normativi. Papukchiev enfatizza il motivo per cui il coinvolgimento degli Stati Uniti è risultato essenziale: «I nostri partner americani hanno accesso ad alcuni dei più potenti supercomputer esistenti al mondo, in grado di eseguire simulazioni ad alta fedeltà che i partner europei non sono capaci di mettere in atto su questa scala, fornendo approfondimenti che non possiamo ottenere solo attraverso gli esperimenti.» Alcune di queste simulazioni sono impegnative e richiedono mesi di tempo di calcolo affinché sia possibile modellare un solo secondo di vibrazione. I supercomputer statunitensi forniscono dati altamente dettagliati, che i team europei utilizzano per convalidare i modelli più veloci; al tempo stesso, i partner americani beneficiano degli sforzi di adattamento compiuti dai partner dell’UE al fine di adeguare i metodi all’uso pratico da parte delle società di servizi pubblici, contribuendo a garantire che i risultati siano rigorosi e pertinenti.
Dagli esperimenti alle simulazioni
La loro collaborazione è stata attiva sin dai primi giorni del progetto. Ad esempio, gli esperimenti condotti nell’Università di Manchester hanno fornito casi di prova essenziali e le équipe statunitensi hanno avuto molto bisogno dei dati da essi ricavati per costruire i loro modelli, mentre per i partner europei è stato necessario ricorrere ai dati numerici ad alta fedeltà generati dai partner americani per convalidare i propri codici più veloci. Questo ciclo iterativo ha già prodotto diversi esiti. GO-VIKING ha prodotto nuove serie di dati sperimentali con un dettaglio senza precedenti, congiuntamente a modelli matematici in rapida evoluzione che sacrificano una certa accuratezza ottenendo tuttavia risultati affidabili in una quantità di tempo molto inferiore, il che li rende utili per le parti interessate come le aziende di servizi pubblici e le autorità di regolamentazione. Il progetto sta inoltre preparando delle linee guida sulle migliori pratiche per l’analisi dei diversi tipi di FIV, prevedendo di pubblicarle e metterle a disposizione dell’industria e del pubblico. Per di più, GO-VIKING ha in programma alcuni corsi di formazione per garantire che i metodi raggiungano la prossima generazione di ingegneri nucleari.
Risultati e strumenti tangibili
GO-VIKING ha ottenuto una serie di risultati chiave che contribuiscono a migliorare la sicurezza e l’efficienza dei reattori nucleari, producendo nuovi set di dati sperimentali ad alta risoluzione che vengono utilizzati per convalidare nuovi strumenti di simulazione ad alta velocità in grado di fornire agli operatori e alle autorità di regolamentazione analisi affidabili ed efficienti. Oltre ai progressi compiuti a livello tecnico, il progetto ha anche sviluppato strumenti volti a migliorare la disponibilità degli impianti e sostenere il funzionamento a lungo termine dei reattori. GO-VIKING ha creato parametri di riferimento standardizzati per il settore e ha implementato metodi di quantificazione dell’incertezza intesi a garantire l’affidabilità dei risultati delle simulazioni. Il progetto si è altresì impegnato direttamente con le parti interessate, organizzando workshop per allineare la propria ricerca alle esigenze industriali e agli aspetti normativi. Infine, la collaborazione tra UE e USA ha gettato le basi per futuri partenariati, sia nell’ambito di progetti europei che in contesti internazionali come l’Agenzia per l’energia nucleare dell’OCSE. «Inviteremo sicuramente i partner statunitensi ai progetti futuri», dichiara Papukchiev, che conclude: «Ci offrono un altro punto di vista, nonché l’accesso a fonti e letteratura diverse; senza dubbio, esiste un interesse comune a lavorare nuovamente insieme.»