Analysis and preliminary tests of optical system for calibration of photomultiplier neutron detectors of ITER Radial Neutron Camera

La Radial Neutron Camera (RNC) di ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), insieme alla Vertical Neutron Camera, ha come obiettivo quello di fornire, attraverso tecniche di ricostruzione applicate ai flussi di neutroni integrati, la misura risolta nel tempo del profilo del flusso neutronico generato durante il processo di produzione del plasma fusionistico. Più esattamente, con l’RNC si vuole valutare l’emissività neutronica, ovvero i neutroni emessi per unità di tempo e di volume. L’RNC è composto da due sottosistemi: l’RNC In-Port e l’RNC Ex-Port situati, rispettivamente, all’interno e all’esterno del Plug della Porta Equatoriale #01. In questo rapporto si presentano e discutono gli studi effettuati e i risultati ottenuti per la progettazione della ITER RNC focalizzandosi su un sistema ottico per la calibrazione di rivelatori neutronici a fotomoltiplicatore. Questi saranno infatti installati nella parte Ex-Port per la misura risolta nel tempo del flusso neutronico. Tali attività sono state effettuate nell’ambito di un accordo di collaborazione tra i laboratori ENEA NUC-TECFISDIM e NUC-FUSEN-DIA sul tema: “Sviluppo di una diagnostica ottica per ITER Radial Neutron Camera” che rientra nell’ambito delle attività di F4E (Fusione for Energy) assegnate ad ENEA (grant SG07).ITER’s (International Thermonuclear Experimental Reactor) Radial Neutron Camera (RNC), together with the Vertical Neutron Camera, aims to provide, through reconstruction techniques applied to integrated neutron fluxes, the time-resolved measurement of neutron flux profile generated during the fusion plasma production process. Specifically, neutron emissivity should be measured by the RNC, i.e. the neutrons emitted per unit time and volume. The RNC consists of two subsystems, the RNC In-Port and the RNC Ex-Port, located inside and outside the Equatorial Gate Plug #01, respectively. This report presents and discusses the studies performed and results obtained for the design of the ITER RNC focusing on an optical system for the calibration of photomultiplier neutron detectors. The latter will be installed in the Ex-Port part for time-resolved measurement of neutron flux. These activities were carried out within the framework of a collaboration agreement between the ENEA NUCTECFIS-DIM and NUC-FUSEN-DIA laboratories on the topic: “Sviluppo di una diagnostica ottica per ITER Radial Neutron Camera” (“Development of an optical diagnostics for ITER Radial Neutron Camera”) which is part of the F4E (Fusion for Energy) activities assigned to ENEA (grant SG07)

Study of thermal oils for nuclear power plants safety system applications: thermal ageing and radiation effects investigation

Nel presente rapporto tecnico vengono descritte le attività condotte nell’ambito del progetto ARDECO (ASTRID Research and Development Cooperation). Lo scopo del progetto è stato quello di studiare fluidi di scambio termico per un sistema di mitigazione incidentale per reattori nucleari di IV generazione raffreddati a sodio liquido. Tra diversi tipi di fluidi di scambio termico, gli oli termici rappresentano una valida scelta per diverse ragioni; hanno una buona compatibilità con diversi componenti del sistema, incluso il fluido primario di raffreddamento (sodio liquido), possono essere usati in un ampio range di temperatura e mostrano eccellenti qualità di scambio termico. Per lo studio sono stati selezionati due oli aromatici, commercialmente conosciuti come Therminol 66 e Therminol SP, grazie alla loro stabilità sia allo stress termico che radiolitico. Entrambi sono ampiamente utilizzati sia in campo nucleare che, recentemente, negli impianti solari CSP (Concentrated Solar Power). Per verificarne la stabilità nelle reali condizioni di utilizzo, ne è stato studiato il comportamento in condizioni simulate di invecchiamento termico e radiochimico. Per quanto riguarda i test di invecchiamento termico, ogni campione di olio è stato sottoposto a test di riscaldamento controllato in un range di temperatura superiore a quello di normale utilizzo. Inoltre, per studiare eventuali fenomeni di radiolisi, gli oli sono stati sottoposti a test di invecchiamento nell’impianto di irraggiamento gamma CALLIOPE, dotato di una sorgente di Cobalto 60 (60Co). Gli oli prima e dopo i test di invecchiamento sono stati studiati mediante diverse tecniche analitiche al fine di studiarne gli effetti sulle proprietà chimico-fisiche.The present work describes the activity carried out in the framework of ARDECO (ASTRID Research and Development Cooperation) to study and select suitable Heat Transfer Fluids (HTFs) to be used in safety system heat exchangers for sodium cooled IV generation nuclear power plants. Among several HTFs, thermal oils are a good choice for the under-study application; have good compatibility with other components (such as the primary coolant which is sodium) and can operate in a wide temperature range with remarkable heat transfer properties. Given the studied application, materials with thermal and radiation resistance were selected; two aromatic oils, commercially named Therminol 66 and Therminol SP, widely used for several years both in nuclear and CSP (Concentrating Solar Power plants) were chosen. To study the suitability of selected materials, firstly, extensive thermal ageing laboratory scale tests were performed to undergo oils to controlled heating over working temperature range. Also, radiochemical stability was evaluated; oils samples were tested in the CALLIOPE Gamma Irradiation Facility equipped with a Cobalt 60 (60Co) isotopic source. Different, complementary analytical techniques were used to test oils samples before and after the above reported stress tests; obtained results permit to analyze, separately, thermal and radiochemical effect on the oils chemical structure

Realizzazione dei piezometri nel campo geotermico sperimentale del C.R. ENEA-Casaccia e misure di conducibilità tecnica

L’attività descritta in questo report è parte del progetto di ricerca, relativo al Piano Triennale di realizzazione 2022-2024 della Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale, linea di attività 1.7 “Tecnologie per la penetrazione efficiente del vettore elettrico negli usi finali”. Nello specifico, l’attività in oggetto è la L.A. 4.1 (WP4). Nel primo anno e mezzo di attività sono stati realizzati due fori attrezzati a piezometri, per monitorare temperatura e livello dell’acqua di falda nel campo geotermico realizzato nel 2021, costituito da 4 pozzi a diversa profondità (da 35 a 85 m), a circuito chiuso e con configurazione a doppia U (cfr. RT/2023/23/ENEA). Le due perforazioni (PZ1 e PZ2), profonde 45 m, sono state eseguite a carotaggio continuo nel marzo 2023. Di ogni litotipo è stato estrapolato il valore del coefficiente di permeabilità e di porosità efficace. È stata determinata la portata unitaria attraverso i diversi strati, tenuto conto della permeabilità del litotipo e del gradiente idraulico effettivamente calcolato. Inoltre, sono state caratterizzate le litologie attraversate in ogni foro ed è stata effettuata la correlazione litostratigrafica tra i due siti. Misurazioni dirette di conducibilità termica sono state eseguite, all’atto del recupero, sulle carote dei sondaggi PZ1 e PZ2, in condizioni sostanzialmente indisturbate. I valori sono stati confrontati con le misure effettuate in laboratorio sulle carote del sondaggio geognostico S1 (corrispondente al pozzo 1 del campo geotermico) correlando le successioni litostratigrafiche fino alla profondità di 45 m. Da 45 a 85 m sono stati considerati i valori di conducibilità termica media misurati in laboratorio sui campioni del sondaggio S1. Su tutti i campioni dei sondaggi S1, PZ1 e PZ2 sono stati calcolati densità e calore specifico, con l’intento di utilizzare tali valori nelle future fasi di modellizzazione termica del campo geosonde. I dati rilevati ogni 12 ore dai piezometri hanno permesso di definire la quota del livello statico della falda acquifera e di registrarne le variazioni in funzione della pluviometria.The activity described in this report is part of the research project, related to the 2022-2024 ThreeYear Implementation Plan of the National Electricity System Research, activity line 1.7 “Tecnologie per la penetrazione efficiente del vettore elettrico negli usi finali”. Specifically, this activity is L.A. 4.1 (WP4). In the first year and a half of activity, two boreholes equipped with piezometers were drilled, to monitor temperature and groundwater level in the geothermal field constructed in 2021 and consisting of 4 boreholes at different depths (from 35 to 85 m), with a closed circuit and a double U configuration (see RT/2023/23/ENEA). The two 45 m deep boreholes (PZ1 and PZ2) were drilled by continuous coring in March 2023. The value of the permeability coefficient and effective porosity was extrapolated for each lithotype. The unit flow rate through the different layers was determined, considering the permeability of the lithotype and the effectively calculated hydraulic gradient. In addition, the lithologies crossed in each borehole were characterised and the lithostratigraphic correlation between the two sites was carried out. Direct measurements of thermal conductivity were carried out, upon recovery, on the cores of boreholes PZ1 and PZ2 under substantially undisturbed conditions. The values were compared with laboratory measurements on the cores of geognostic survey S1 (corresponding to borehole 1 of the geothermal field) by correlating the lithostratigraphic successions up to a depth of 45 m. From 45 to 85 m, the mean thermal conductivity values measured in the laboratory on the S1 samples were considered. Density and specific heat were calculated on all samples from S1, PZ1 and PZ2, to use these values in future thermal modelling of the geosonde field. The data collected every 12 hours from the piezometers made it possible to define the static level of the aquifer and to record its variations as a function of the rainfall

Comunicare la ricerca e l'innovazione. Strategie e opportunità per la divulgazione scientifica in ENEA

ENEA – Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile è un ente di ricerca che si occupa di ricerca e innovazione tecnologica in diversi ambiti applicativi quali: tecnologie energetiche, nucleare, sostenibilità e adattamento al cambiamento climatico, efficienza energetica. I risultati di queste attività sono rivolti a target diversi, quali: pubbliche amministrazioni, imprese, media e cittadini. Questo compito è spesso complesso, poiché molte attività dell'Ente sono altamente tecniche e poco accessibili al grande pubblico. Nella prima parte il lavoro affronta le problematiche che Enti di ricerca italiani e internazionali si trovano ad affrontare nel raggiungere l’obiettivo della mission della divulgazione scientifica al grande pubblico, esplorando al contempo buone pratiche degne di nota. La seconda le esperienze e le best practice svolte dal Servizio Promozione e comunicazione dell’Unità Relazione e comunicazione dell’Agenzia. L’Unità REL (Relazioni e Comunicazione) di ENEA offre ai ricercatori dell’Ente supporto alla comunicazione e dissemination dei propri risultati; al suo interno, il Servizio REL-PROM (Promozione e comunicazione) si occupa di promuovere tali risultati attraverso una pluralità di canali (web, editoria, audiovisivi, etc.). Nelle sue attività, lavora a stretto contatto con i ricercatori dei quattro dipartimenti dell’Ente, al fine di rendere i messaggi da divulgare quanto più efficaci possibile. Partendo dall’esperienza del Servizio REL-PROM svolta finora, è stata realizzata una ricerca sull’analisi delle attività di comunicazione al grande pubblico svolte dal Servizio con particolare attenzione all’efficacia, ai punti di forza e alle criticità di tali pratiche. Lo studio si è inoltre proposto di indagare la percezione che i ricercatori ENEA hanno della propria esperienza di comunicazione scientifica rivolta a un pubblico non esperto, al fine d’individuare possibili nuovi format per migliorare la divulgazione scientifica e il dialogo tra scienza e società. Attraverso un questionario strutturato, rivolto ad un campione di comodo di 104 ricercatori raggiunti nel periodo luglio/ottobre 2024, che mira a conoscere la posizione dei ricercatori ENEA rispetto alla loro esperienza di divulgazione con il target del “grande pubblico”. Il questionario somministrato online, grazie ad un apposito form, è stato distribuito in maniera omogenea tra i quattro dipartimenti dell’Ente, al fine di avere un’adeguata rappresentatività dei rispondenti (che rappresentano coloro a cui REL-PROM offre i suoi servizi). L’obiettivo del questionario non è solo stato quello di conoscere l’efficacia delle iniziative svolte dai ricercatori, ma anche quello di comprendere le loro difficoltà e bisogni; il fine ultimo, presente nella parte conclusiva di questo lavoro, è stato quello di identificare dei possibili nuovi format di comunicazione e divulgazione scientifica, che, supportati dal Servizio REL-PROM, i ricercatori ENEA possano impiegare nel corso delle loro attività con il grande pubblico

Dosimetric measurements for precise dose rate distribution mapping: ENEA Calliope gamma radiation facility and REX electron beam intercalibration

Nel contesto del programma dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ASI Supported Irradiation Facilities (ASIF), è stata condotta una campagna di misure dosimetriche per eseguire l'intercalibrazione tra l’impianto di irraggiamento gamma Calliope e il fascio di elettroni di REX. Inizialmente, sono state ottenute le curve di calibrazione aggiornate per i dosimetri alanina-EPR presso la facility Calliope utilizzando il dosimetro assoluto Fricke. Successivamente, i dosimetri ad alanina sono stati irraggiati in più punti all'interno del bunker di irraggiamento di REX, variando le distanze dalla sorgente di elettroni. È stata così determinata la distribuzione dell’intensità di dose all'interno della camera. Tali misure sono essenziali per ottimizzare le condizioni di irraggiamento all’interno del bunker di REX per applicazioni in diversi campi.In the framework of the Italian Space Agency (ASI) Supported Irradiation Facilities (ASIF) program, a campaign of dosimetric measurements was conducted to perform an intercalibration of the Calliope gamma irradiation facility and the REX electron beam. Initially, up-to-date calibration curves for alanine-EPR dosimeters were obtained at the Calliope facility using the absolute Fricke dosimeter. Subsequently, alanine dosimeters were irradiated at multiple positions in the REX chamber by varying distances from the electron source. The resulting dose rate distribution within the chamber was determined. These measurements are essential for optimizing REX irradiation conditions to be used in different applications

Flow instabilities in helical-coil steam generators for small modular reactors: A review

This study covers the research and discoveries in two-phase flow-boiling instabilities available in the literature—specifically for a helical-coil steam generator (HCSG), including experimental findings, theoretical research, computational models, and system code analyses—supporting research and development of representative small modular reactors (SMRs). Like other new and advanced reactor systems, water-cooled SMRs require experimental data from both integral and separate thermal-hydraulics test facilities for the verification and validation (V&V) of the computational models and computer codes in order to design and obtain regulatory approval. The complex dynamics of two-phase flow-boiling instabilities includes flow regimes physics phenomena, flow-channel geometries, heat-transfer behavior, and interactions among the solid–liquid-gas within the system boundary, all of which are pivotal for understanding the design and operational challenges of SMRs. This study focuses on identifying the relevant knowledge gaps on boiling instabilities—specifically for a HCSG—and provides insights about future research direction optimizing the transport of thermal energy, mass-flow rates, and boundary conditions that ensure the adequate heat-transfer performance, operational stability, and safety associated with SMR systems

Geometric approach based tool for shallow landslides propagation assessment (ShaLPA) at basin scale

Hazard maps for shallow landslides at the basin or regional scale often provide information solely about past events and/or potential source areas. Despite the availability of several propagation assessment software tools, runout maps for potential shallow landslides at the basin scale remain scarce. To address this gap, the ShaLPA runout GIS tool was developed as an easy-to-use and efficient solution. Based on a geometric approach, the tool consists of five distinct, sequential scripts that begin with defined source areas. By processing a detailed Digital Terrain Model, the first script identifies the starting points and the second traces the potential paths of shallow landslides. The third script calculates the runout, while the fourth estimates velocity distribution and kinetic energy along the paths. The fifth script assess the reliability of the model results using two different indicators. ShaLPA was first tested in the Giampilieri and Briga area (Sicily, Italy), providing encouraging results. The simplicity of the ShaLPA tool promotes the integration of runout and failure susceptibility analyses, enhancing the comprehensiveness of hazard and risk assessment and improving the effectiveness of landslide mitigation measures

Web-Based Eco-Feedback for Energy Efficiency and Indoor Comfort in Smart Dwellings

User feedback plays a critical role in enhancing energy efficiency in residential buildings. By frequently understanding energy use and comfort levels, tenants can assume more informed decisions and optimize energy consumption without compromising satisfaction and comfort. Digital Feedback systems help identify inefficiencies, such as poorly efficient home components and devices or ineffective automation routines, enabling continuous improvement and personalization. Ultimately, incorporating user input fosters a more responsive, sustainable, and energy-conscious built environment. In this paper the authors present the design and development of a web-based energy and environmental platform for enhancing user's awareness and boosting energy efficiency in comfort environments. The developed platform has been tested for a limited period in two dwellings of a smart residential building. The obtained results show the effectiveness of the energy and comfort feedback provided since after isolated fault events the occupants positively reacted. Furthermore, in the two investigated dwellings a decrease of the normalized daily energy consumption has been found ranging 7−10%, leading to a more efficient energy use of residential buildings

Non-destructive approach to study the effects of gamma irradiation on wheat samples matrices

Questo studio esplora gli effetti dell’irraggiamento gamma su campioni di grano, con l’obiettivo di approfondire la comprensione della sua influenza sulla sicurezza alimentare, sulla qualità e sulla conservazione. Particolare attenzione è rivolta alle matrici alimentari ricche in polisaccaridi, come l’amido, che rappresentano componenti principali del grano. Il lavoro sperimentale è stato condotto presso la facility di irraggiamento gamma Calliope situata nel Centro Ricerche ENEA Casaccia (Roma), utilizzando una sorgente di cobalto-60. Impiegando tecniche non distruttive o in minima parte distruttive come le spettroscopie ATR-FTIR, Raman ed EPR, abbiamo analizzato i cambiamenti composizione, strutturali e del contenuto di radicali indotti da dosi gamma che vanno da 0.1 kGy a 10 kGy. Come tendenza generale, l’irraggiamento gamma fino a 10 kGy non produce una notevole degradazione o depolimerizzazione dei componenti del grano. Più nel dettaglio, le variazioni spettrali evidenziano cambiamenti molecolari dose-dipendenti, in particolare nelle strutture dei carboidrati e dell’amido, con implicazioni per la sicurezza alimentare e la percezione del consumatore. I risultati contribuiscono a promuovere l’irraggiamento gamma come metodo di conservazione non termico e sostenibile per diverse matrici alimentari, in linea con gli obiettivi globali di sicurezza e approvvigionamento alimentare. Questi approcci, che richiedono una preparazione minima dei campioni, possono essere estesi allo sviluppo di metodi di screening per una vasta gamma di polisaccaridi in diverse colture.This study explores the effects of gamma irradiation on wheat samples, with a focus on improving our understanding of its influence on food safety, quality, and preservation. Particular attention is given to food matrices rich in polysaccharides, such as starch, which are key components of wheat. The experimental work was conducted at the Calliope 60Co gamma irradiation facility at the ENEA Casaccia Research Centre (NUC-IRAD-GAM Laboratory, Rome). Employing non-destructive or minimally destructive techniques such as ATR-FTIR, Raman and EPR spectroscopies, we analysed compositional, structural, and radical content changes induced by gamma doses ranging from 0.1 kGy to 10 kGy. As a general trend, gamma irradiation up to 10 kGy does not produce remarkable degradation or depolymerization of wheat components. In more detail, variations in spectral data highlight dose-dependent molecular changes, particularly in carbohydrate and starch structures, with implications for food safety and consumer perception. The findings contribute to advancing gamma irradiation as a non-thermal, sustainable preservation method for diverse food matrices, aligning with global food security and safety goals. These approaches requiring minimal samples preparation can be extended in the development of screening methods for a wide range of polysaccharides in a variety of crops

Stampa a compressione di materiali compositi laminati realizzati con TNT di carbonio da riciclo pre-impregnati

In questo rapporto si presenta lo studio relativo alla realizzazione di pannelli laminati ottenuti a partire da strati di tessuto non tessuto (TNT) pre-impregnati costituiti da fibre di carbonio da riciclo mediante stampa a compressione. Sono state prese in considerazione tre tipologie di pre-impregnati commerciali, differenti per grammatura di fibre, da cui sono stati ricavati un certo numero di strati che, opportunamente sovrapposti, sono stati inseriti in uno stampo di acciaio. Tale stampo, inserito in una pressa idraulica, è stato portato alla giusta temperatura. Successivamente è stata applicata un’opportuna forza, che tenuta per un adeguato intervallo di tempo, ha permesso, la completa polimerizzazione della resina, ed il consolidamento dei diversi strati tra loro. Parametri come la temperatura delle piastre della pressa, la forza applicata e il tempo di tenuta in pressione sono stati ottimizzati per ottenere le caratteristiche desiderate dei pannelli laminati. Successivamente i pannelli sono stati tagliati con tecnologia water-jet per ricavare provini in numero e dimensioni tali da effettuare le successive prove di caratterizzazione. Sono stati tagliati provini in direzioni perpendicolari per valutare le prestazioni del materiale composito ottenuto in entrambe le direzioni. I test meccanici effettuati sui provini al fine di valutare la qualità del materiale ottenuto hanno riguardato prove di impatto e test di trazione statica. Inoltre, nel lavoro svolto sono stati avviati studi sulla porosità del materiale ottenuto mediante due metodologie differenti per le informazioni fornite: osservazioni al microscopio ottico delle sezioni dei pannelli e processo di digestione. I risultati riportati in questo studio sono la base di partenza per ulteriori studi futuri che non potranno non considerare anche le caratteristiche del processo di fabbricazione del materiale composito preimpregnato di partenza per avere una valutazione completa del risultato ottenuto dalla stampa a compressione.In this work a study on the production of laminated panels obtained from pre-impregnated nonwoven fabric (NWF) layers made of recycled carbon fibers by compression molding is presented. In particular, by using a steel mold, a specific number of layers were stacked considering three types of commercial pre-impregnated materials with different fibers weight. The complete resin polymerization and the consolidation of the different layers are obtained by using a hydraulic press, with appropriate parameters such as temperature, applied force and time. This work describes the optimization of process parameters in order to obtain the desired characteristics of the laminated panels. Subsequently, the panels were cut with water-jet technology to obtain appropriate size specimens to carry out the characterization tests. Samples were cut in perpendicular directions to evaluate the performance of the composite material. The mechanical tests carried out in order to evaluate the material quality involved impact tests and static tensile tests. Furthermore, the porosity of the specimens is observed using two different methodologies: optical microscopy and digestion process. The results reported in this study are the starting point for further future studies that will have to consider the characteristics of the manufacturing process of the pre-impregnated composite material to have a more comprehensive evaluation of compression molding