Physical analysis and prospects of accelerator-driven systems for transmutation of spent nuclear fuel

La gestione dei rifiuti radioattivi, in particolare la minimizzazione della radiotossicità a lungo termine dovuta ad Attinidi minori (MA) e Prodotti di Fissione a Lunga Vita (LLFP), rappresenta una sfida cruciale per l’energia nucleare. Questa tesi analizza i Sistemi Accelerator - Driven (ADSs) come potenziali soluzioni. Un ADS integra un acceleratore di particelle, che genera neutroni tramite spallazione su un target pesante, con un reattore nucleare operante in regime sottocritico (k_eff < 1). I neutroni esterni pilotano il reattore, sostenendo la fissione e la trasmutazione dei radionuclidi problematici. Vengono discussi i fondamenti fisici e neutronici degli ADS, includendo il guadagno energetico, la cinetica in presenza di sorgente esterna e il bilancio neutronico essenziale per la trasmutazione. Si evidenziano i vantaggi intrinseci di sicurezza della sottocriticità e la flessibilità nella composizione del combustibile, favorendo l’incenerimento degli MA. La trattazione include i componenti chiave (acceleratore, target, nocciolo sottocritico) e le relative sfide tecnologiche. Infine, si offre una panoramica su proposte storiche e progetti di ricerca internazionali, come MYRRHA, volti a dimostrare la fattibilità di tali sistemi per un ciclo del combustibile nucleare più sostenibile.