Geotermia a bassa entalpia: Validazione dei software applicativi.

Trovare una fonte alternativa ai combustibili fossili non costituisce più una scelta, ma un obbligo. Lo sfruttamento dell’energia geotermica sta diventando una realtà sempre più diffusa, in quanto una forma di energia rinnovabile, pulita, economicamente conveniente, e con una giusta politica energetica potrebbe dare il suo importante contributo all’energia ottenuta da fonte rinnovabile. Ci sono però dei fattori da non sottovalutare, l’installazione e il funzionamento di impianti geotermici per il riscaldamento o raffrescamento di edifici può produrre alterazioni sull’ambiente circostante e nella falda acquifera. Attraverso un attento studio vengono presi in considerazione tutti i fattori che potrebbero provocare un cambiamento dell’equilibrio preesistente, e vengono individuate le soluzioni che permettono la fattibilità del progetto rispettando i parametri imposti dalla legge. Nell’istallazione di sistemi geotermici a bassa entalpia, il principale elemento da tenere sotto osservazione riguarda la previsione e il controllo delle temperature, in modo tale da impedire lo sviluppo di anomalie termiche. Il sistema preso in considerazione in questa tesi è un sistema geotermico open loop: attraverso un pozzo di adduzione viene prelevata acqua direttamente dalla falda acquifera, per il riscaldamento o il raffrescamento di un edificio, e reimmessa, ad una temperatura diversa, attraverso un pozzo di reimmissione. Si valuta l’impatto del sistema nel sottosuolo e le temperature raggiunte a seguito della messa in opera dell’impianto. In particolare, è proposto un modello numerico MODFLOW di un sistema open loop in un acquifero di sabbia e ghiaia, al fine di determinare l’influenza della reimmissione dal punto di vista idrico e termico. I dati risultanti da questo modello saranno confrontati con quelli ottenuti utilizzando un potente software, COMSOL MULTIPHYSICS. Infine si effettua l’analisi e il confronto dei dati ottenuti dai due software nelle diverse configurazioni del sistema e se ne individua la più adatta alle caratteristiche del sito in esame.

Studio, simulazione e verifica sperimentale di tecniche di controllo per convertitori multilivello modulari

L’evoluzione dei componenti elettronici di potenza ed il conseguente sviluppo dei convertitori statici dell’energia elettrica hanno consentito di ottenere un’elevata efficienza energetica, sia nell’ambito degli azionamenti elettrici, sia nell’ambito della trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica. L’efficienza energetica è una questione molto importante nell’attuale contesto storico, in quanto si sta facendo fronte ad una elevatissima richiesta di energia, sfruttando prevalentemente fonti di energia non rinnovabili. L’introduzione dei convertitori statici ha reso possibile un notevolissimo incremento dello sfruttamento delle fonti di energia rinnovabili: si pensi ad esempio agli inverter per impianti fotovoltaici o ai convertitori back to back per applicazioni eoliche. All’aumentare della potenza di un convertitore aumenta la sua tensione di esercizio: le limitazioni della tensione sopportabile dagli IGBT, che sono i componenti elettronici di potenza di più largo impiego nei convertitori statici, rendono necessarie modifiche strutturali per i convertitori nei casi in cui la tensione superi determinati valori. Tipicamente in media ed alta tensione si impiegano strutture multilivello. Esistono più tipi di configurazioni multilivello: nel presente lavoro è stato fatto un confronto tra le varie strutture esistenti e sono state valutate le possibilità offerte dall’architettura innovativa Modular Multilevel Converter, nota come MMC. Attualmente le strutture più diffuse sono la Diode Clamped e la Cascaded. La prima non è modulare, in quanto richiede un’apposita progettazione in relazione al numero di livelli di tensione. La seconda è modulare, ma richiede alimentazioni separate e indipendenti per ogni modulo. La struttura MMC è modulare e necessita di un’unica alimentazione per il bus DC, ma la presenza dei condensatori richiede particolare attenzione in fase di progettazione della tecnica di controllo, analogamente al caso del Diode Clamped. Un esempio di possibile utilizzo del convertitore MMC riguarda le trasmissioni HVDC, alle quali si sta dedicando un crescente interesse negli ultimi anni.

Design and optimization of turbo-expanders for organic rankine cycles

In a world focused on the need to produce energy for a growing population, while reducing atmospheric emissions of carbon dioxide, organic Rankine cycles represent a solution to fulfil this goal. This study focuses on the design and optimization of axial-flow turbines for organic Rankine cycles. From the turbine designer point of view, most of this fluids exhibit some peculiar characteristics, such as small enthalpy drop, low speed of sound, large expansion ratio. A computational model for the prediction of axial-flow turbine performance is developed and validated against experimental data. The model allows to calculate turbine performance within a range of accuracy of ±3%. The design procedure is coupled with an optimization process, performed using a genetic algorithm where the turbine total-to-static efficiency represents the objective function. The computational model is integrated in a wider analysis of thermodynamic cycle units, by providing the turbine optimal design. First, the calculation routine is applied in the context of the Draugen offshore platform, where three heat recovery systems are compared. The turbine performance is investigated for three competing bottoming cycles: organic Rankine cycle (operating cyclopentane), steam Rankine cycle and air bottoming cycle. Findings indicate the air turbine as the most efficient solution (total-to-static efficiency = 0.89), while the cyclopentane turbine results as the most flexible and compact technology (2.45 ton/MW and 0.63 m3/MW). Furthermore, the study shows that, for organic and steam Rankine cycles, the optimal design configurations for the expanders do not coincide with those of the thermodynamic cycles. This suggests the possibility to obtain a more accurate analysis by including the computational model in the simulations of the thermodynamic cycles. Afterwards, the performance analysis is carried out by comparing three organic fluids: cyclopentane, MDM and R245fa. Results suggest MDM as the most effective fluid from the turbine performance viewpoint (total-to-total efficiency = 0.89). On the other hand, cyclopentane guarantees a greater net power output of the organic Rankine cycle (P = 5.35 MW), while R245fa represents the most compact solution (1.63 ton/MW and 0.20 m3/MW). Finally, the influence of the composition of an isopentane/isobutane mixture on both the thermodynamic cycle performance and the expander isentropic efficiency is investigated. Findings show how the mixture composition affects the turbine efficiency and so the cycle performance. Moreover, the analysis demonstrates that the use of binary mixtures leads to an enhancement of the thermodynamic cycle performance.

Escogitare soluzioni sostenibili

Il caso studio si sviluppa nel quartiere di Corticella (BO) dove è presente un piano PEEP del 1970. Oggetto della tesi è l’edificio in via Byron 10-22. Il lavoro svolto si propone di analizzare la fattibilità di riqualificazione energetica ed architettonica di questo edificio di edilizia residenziale pubblica. Le soluzioni escogitate nel presente progetto si rifanno alla metodologia attuata da un’ESCO secondo le direttive nazionali ed europee che hanno due obiettivi principali: il primo consiste nel trovare una soluzione ai problemi di tipo finanziario e nell’apportare un utile per l’azienda; il secondo mira a un ritorno economico in termini di risparmio di energia per l’utente, per via del miglioramento delle prestazioni energetiche dell’unità abitativa. La metodologia seguita è stata strutturata per fasi successive. In primo luogo si è condotta una ricerca storica sul contesto urbano in cui è inserita l’unità edilizia presa in esame, nonché sul quadro normativo di riferimento e sul metodo di intervento di un’ESCO. In secondo luogo è stata effettuata un’indagine sul confort abitativo tramite questionario. Infine è stato realizzato uno studio sui consumi e sui possibili risparmi a livello energetico ed economico, scegliendo quindi la soluzione di intervento più appropriata. Lo studio non si è però soffermato solo sulla metodologia attuata da un’ESCO: si sono infatti apportati dei miglioramenti architettonici attraverso un’operazione di trasformazione della facciata in prima istanza e, successivamente, mediante un intervenuto sulla copertura, il cui obiettivo era quello di fornire ai condomini uno spazio comune maggiore.

Progettare|proiettare integrazione urbana e riqualificazione edilizia del peep di corticella

L’oggetto di questa tesi è un intervento di rigenerazione, riqualificazione ed adeguamento di un comparto residenziale di circa 22 ettari a Corticella, zona del quartiere Navile, pianificato tramite il PEEP di Bologna del 1963 e realizzato tra gli anni 70 e 80 del secolo scorso. L'area si trova nella periferia nord di Bologna ai limiti con la campagna e comprende 34 fabbricati, di cui 27 residenziali. L'evoluzione economico sociale degli ultimi decenni ha causato l'insorgenza di diverse criticità dell'area, tra cui:  scarsa efficienza energetica degli edifici con elevati costi di esercizio;  inadeguatezza sismica degli edifici;  bassi livelli di comfort abitativo;  scarsa varietà dei tagli degli alloggi;  scarsa qualità degli spazi pubblici e di relazione;  mancanza di connessioni a livello urbano (sia in termini di continuità morfologica che di viabilità). L'obiettivo che si pone la tesi è quello di adeguare l'area alle nuove esigenze, in modo da proiettarla avanti nel tempo e renderla una zona vivibile oggi e in futuro, con un progetto che tenga conto della fattibilità dell'intervento e delle caratteristiche e delle risorse degli Enti e dei proprietari privati coinvolti nella gestione dell’area. Per ottenere questi risultati, il progetto ha riorganizzato i collegamenti urbani, che oggi rendono l'area una zona emarginata, e ha previsto la riqualificazione funzionale e prestazionale degli edifici, adottando due diverse ipotesi di progetto. Per quanto riguarda la situazione urbana, si è previsto di inserire nuovi elementi per migliorare la viabilità, in particolare nuovi percorsi ciclopedonali ed uno shared space che rimette in comunicazione l'area con il centro storico di Corticella. Per la riqualificazione degli edifici sono stati selezionati due edifici campione, rappresentativi delle situazioni e tipologie più ricorrenti nell’area, che sono stati affrontati con due approcci diversi. Dell’edificio che presenta le criticità più acute, si è valutata non conveniente una riqualificazione pesante e si è quindi previsto un intervento minimo di miglioramento dell’efficienza energetica e della distribuzione interna. Per il secondo edificio invece è stato progettato l’aggiornamento del taglio degli alloggi,l’adeguamento delle prestazioni energetiche fino a raggiungere la classe energetica A(originariamente classe G), il miglioramento delle capacità antisismiche e del comfort luminoso. Gli alloggi di standard decisamente superiore a quello attuale, la riconfigurazione dello spazio di pertinenza degli edifici come shared space, e la realizzazione di nuovi collegamenti urbani migliorano l’appetibilità e il valore immobiliare degli edifici, ma anche le condizioni ambientali e l’abitabilità dell’intera area di intervento.

Smart hospitality. Intervento di recupero sostenibile a bertinoro

Intervento di recupero sostenibile a Bertinoro su edificio del centro storico. Il progetto prevede la rifunzionalizzazione e la riqualificazione energetica del complesso edilizio.

Riqualificare e preservare progetto di riqualificazione sostenibile dell'istituto tecnico industriale Marconi di Forli

Oggetto di questa tesi e la riqualificazione dell'Istituto Tecnico Industriale Statale Giovanni Marconi di Forli; riqualificazione intesa come efficientamento energetico dell'intero complesso, per farlo entrare in classe energetica A (<8 kWh/m3a), ed intesa anche, e soprattutto, come miglioramento delle condizioni di benessere degli utenti sotto piu aspetti, come il comfort visivo, quello acustico, la qualita dell'aria interna, la sensibilizzazione dell'utenza su diversi aspetti (energetici, ambientali, storici) ed il rinnovo della comunicazione all'interno dell'istituto. L'interesse per questo tema deriva direttamente dal lavoro svolto nel Laboratorio di Laurea in Architettura Sostenibile, di cui questa tesi e il naturale sviluppo, nato da una collaborazione pluriennale tra il comune di Forli e il Dipartimento di Architettura dell'Università di Bologna. Le richieste della committenza sono esplicabili in pochi punti: - Mantenimento della destinazione d'uso dell'edificio - Mantenimento dell'immagine e della matericita esterna del complesso - Riqualifica di V.le della Liberta Le richieste provenienti dal Laboratorio di Laurea si limitano al raggiungimento di una classificazione di tipo A per quanto riguarda le prestazioni energetiche dell'edificio, che a seguito di attente analisi e simulazioni risulta essere in classe C. E' un edificio dalla storia importante, con un'autorevole identita, che padroneggia Viale della Liberta insieme ad altri edifici pubblici dai simili pregi storico architettonici. Per questi ed altri motivi tutte le scelte operate per il raggiungimento degli obiettivi preposti sono state prese tenendo a mente questi valori che l'edificio ed il suo intorno urbano possiedono. Un ulteriore aspetto preso in considerazione nell'elaborazione di questa tesi e quello che concerne la riqualifica di Viale della Liberta, il quale presenta numerosi aspetti critici che abbiamo affrontato con lo stesso rispetto per la storia usato per l'Istituto. L'intento di questa tesi e quindi quello di conciliare il rispetto per l'ambiente con quello per le pre-esistenze, soprattutto quando hanno un elevato valore storico architettonico, cercando di dimostrare che storia, sostenibilita ambientale ed innovazione possono conciliarsi: tre aspetti con cui sempre piu spesso i progettisti debbono confrontarsi, dato il vastissimo parco architettonico esistente che possediamo e data l'impossibilita di ignorare l'impatto ambientale e gli sprechi energetici che questo patrimonio edilizio procura.

"Abitare le cure" - riqualificazione del complesso ospedaliero di Castel San Pietro Terme

Questa tesi propone un progetto di riqualificazione funzionale ed energetica del Polo ospedaliero civile di Castel San Pietro Terme, un complesso di edilizia sanitaria attivo dal 1870, che la AUSL proprietaria ha ora programmato di riqualificare. Il complesso, costituito da diversi edifici realizzati in epoche successive con un volume lordo riscaldato di 41670 m3, occupa un’area di 18415 m2. Sottoposto nel corso del tempo a ripetute modifiche e ampliamenti,oggi si presenta come un insieme eterogeneo di volumi, disorganici nell’aspetto ed interessati da importanti criticità: • prestazioni energetiche largamente inadeguate; • insufficiente resistenza alle azioni sismiche; • inefficiente distribuzione interna degli ambienti e delle funzioni. Partendo da un’analisi che dal complesso ospedaliero si estende sull’intera area di Castel San Pietro Terme, è stato definito un progetto che tiene conto delle peculiarità e delle criticità del luogo. Il progetto propone la riqualificazione dell’area antistante l’ingresso storico dell’ospedale tramite il collegamento diretto al parco fluviale, oggi interrotto da viale Oriani e da un parcheggio. Sul complesso edificato viene invece progettato un insieme di interventi differenziati, che rispondono all’obiettivo primario di adattare il polo ospedaliero a nuove funzioni sanitarie. La riorganizzazione prevede: • L’eliminazione del reparto di chirurgia; • L’adeguamento delle degenze a funzioni di hospice e lungodegenza per malati terminali; • L’ampliamento del progetto Casa della Salute che prevede locali ambulatoriali. Il progetto ha assunto questo programma funzionale,puntando a mantenere e riqualificare quanto più possibile l’esistente. E’ stato quindi previsto di: • Demolire il corpo del blocco operatorio. • Ridefinire volumetricamente il corpo delle degenze • Prevedere la costruzione di nuovi volumi per ospitare i poliambulatori. Per assicurare un adeguato livello di prestazioni,l’intervento ha puntato a far conseguire all’intero complesso la classe energetica A e ad adeguare la capacità di risposta al sisma, in particolare del corpo delle degenze, che presenta le condizioni più critiche. Le simulazioni eseguite con il software Termolog Epix3 attestano un valore di fabbisogno energetico finale pari a 5,10 kWh/m3 anno, con una riduzione del 92,7% rispetto ai livelli di consumo attuali. E' stata posta particolare attenzione anche al comfortdegli ambienti di degenza, verificato tramite l’utilizzo del software di simulazione energetica in regime dinamico IESVE che ha permesso di monitorare gli effetti ottenuti in relazione ad ogni scelta progettuale. I nuovi padiglioni sono stati progettati per integrare in modo funzionale i locali ambulatoriali ed alcuni ambienti dedicati alle terapie complementari per i lungodegenti. La tecnologia a setti portanti Xlam è stata preferita per la velocità di realizzazione. La sovrastante copertura costituita da una membrana di ETFE sostenuta da travi curve in legno lamellare, oltre ad assicurare il comfort ambientale tramite lo sfruttamento di sistemi passivi, permette di limitare i requisiti dell’involucro dei volumi sottostanti.

Rigenerazione urbana. Riqualificazione di un'area di residenza sociale nel centro storico di Forli.

La Tesi affronta il tema della rigenerazione di un comparto urbano localizzato a ridosso del centro storico di Forlì. Coerentemente con le indicazioni dell’Amministrazione comunale, obiettivo dell’intervento è l’adeguamento degli edifici esistenti agli standard funzionali ed energetici e la rivitalizzazione dell’isolato, tramite nuove edificazioni e il riordino della viabilità, del verde e degli spazi pubblici. Della preesistenza più rilevante presente nel comparto, un edificio residenziale realizzato tra le due guerre è stata progettata la riqualificazione, preferendola alla ricostruzione per il valore testimoniale del manufatto e il più favorevole bilancio ambientale. Gli interventi di miglioramento si sono posti il limite di non snaturare i caratteri formali e la fisionomia strutturale dell’edificio, ma di aumentarne i livelli di comfort e l’efficienza energetica, puntando a rientrare in classe “A” secondo la classificazione dell’Emilia Romagna. A scala urbana il progetto propone la riqualificazione dell’intero isolato con l’obiettivo di rivitalizzarlo e di rivalutare la sua presenza all’interno del centro storico. Nonostante la sua favorevole collocazione, l’isolato vive una situazione di marginalizzazione, a causa dello scarso mix funzionale delle attività che ospita, della presenza di edifici incongrui e parzialmente abbandonati e della scarsa permeabilità verso l’esterno, che lo fanno percepire come una zona non sicura e ne abbattono i valori immobiliari. Per raggiungere l’obiettivo, il progetto è intervenuto sull’assetto della viabilità, dei parcheggi, degli spazi pubblici e del verde, puntando alla ricucitura del tessuto urbano con le preesistenze. Queste azioni hanno implicato la demolizione di manufatti di scarso pregio e la progettazione di nuovi edifici, condotta con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale. Il progetto approfondisce la riqualificazione di un edificio esistente e la definizione di un nuovo intervento residenziale, ma investe anche il contesto urbano, considerando contemporaneamente i diversi aspetti ambientali, sociali e architettonici in modo coordinato e coerente alle diverse scale progettuali.

Scienza della sostenibilita' e regolazione: Il caso studio della politica europea in materia di risparmio energetico

Entro l’approccio concettuale e metodologico transdisciplinare della Scienza della Sostenibilità, la presente tesi elabora un background teorico per concettualizzare una definizione di sostenibilità sulla cui base proporre un modello di sviluppo alternativo a quello dominante, declinato in termini di proposte concrete entro il caso-studio di regolazione europea in materia di risparmio energetico. La ricerca, attraverso un’analisi transdisciplinare, identifica una crisi strutturale del modello di sviluppo dominante basato sulla crescita economica quale (unico) indicatore di benessere e una crisi valoriale. L’attenzione si concentra quindi sull’individuazione di un paradigma idoneo a rispondere alle criticità emerse dall’analisi. A tal fine vengono esaminati i concetti di sviluppo sostenibile e di sostenibilità, arrivando a proporre un nuovo paradigma (la “sostenibilità ecosistemica”) che dia conto dell’impossibilità di una crescita infinita su un sistema caratterizzato da risorse limitate. Vengono poi presentate delle proposte per un modello di sviluppo sostenibile alternativo a quello dominante. Siffatta elaborazione teorica viene declinata in termini concreti mediante l’elaborazione di un caso-studio. A tal fine, viene innanzitutto analizzata la funzione della regolazione come strumento per garantire l’applicazione pratica del modello teorico. L’attenzione è concentrata sul caso-studio rappresentato dalla politica e regolazione dell’Unione Europea in materia di risparmio ed efficienza energetica. Dall’analisi emerge una progressiva commistione tra i due concetti di risparmio energetico ed efficienza energetica, per la quale vengono avanzate delle motivazioni e individuati dei rischi in termini di effetti rebound. Per rispondere alle incongruenze tra obiettivo proclamato dall’Unione Europea di riduzione dei consumi energetici e politica effettivamente perseguita, viene proposta una forma di “regolazione per la sostenibilità” in ambito abitativo residenziale che, promuovendo la condivisione dei servizi energetici, recuperi il significato proprio di risparmio energetico come riduzione del consumo mediante cambiamenti di comportamento, arricchendolo di una nuova connotazione come “bene relazionale” per la promozione del benessere relazionale ed individuale.

Sistemi tecnologici innovativi di involucro per il recupero del patrimonio edilizio recente. L'edilizia scolastica nel Comune di Bologna

La ricerca è volta a presentare un nuovo approccio integrato, a supporto di operatori e progettisti, per la gestione dell’intero processo progettuale di interventi di riqualificazione energetica e architettonica del patrimonio edilizio recente, mediante l’impiego di soluzioni tecnologiche innovative di involucro edilizio. Lo studio richiede necessariamente l’acquisizione di un repertorio selezionato di sistemi costruttivi di involucro, come base di partenza per l’elaborazione di soluzioni progettuali di recupero delle scuole appartenenti al secondo dopoguerra, in conglomerato cementizio armato, prevalentemente prefabbricate. Il progetto individua procedimenti costruttivi ecocompatibili per la progettazione di componenti prefabbricati di involucro “attivo”, adattabile ed efficiente, da assemblare a secco, nel rispetto dei requisiti prestazionali richiesti dalle attuali normative. La ricerca è finalizzata alla gestione dell’intero processo, supportato da sistemi di rilevazione geometrica, collegati a software di programmazione parametrica per la modellazione di superfici adattabili alla morfologia dei fabbricati oggetto di intervento. Tali strumenti informatizzati CAD-CAM sono connessi a macchine a controllo numerico CNC per la produzione industrializzata degli elementi costruttivi “su misura”. A titolo esemplificativo dell’approccio innovativo proposto, si formulano due possibili soluzioni di involucro in linea con i paradigmi della ricerca, nel rispetto dei principi di sostenibilità, intesa come modularità, rapidità di posa, reversibilità, recupero e riciclo di materiali. In particolare, le soluzioni innovative sono accomunate dall’applicazione di una tecnica basata sull’assemblaggio di elementi prefabbricati, dall’adozione di una trama esagonale per la tassellazione della nuova superficie di facciata, e dall’utilizzo del medesimo materiale termico isolante, plastico e inorganico, riciclato ed ecosostenibile, a basso impatto ambientale (AAM - Alkali Activated Materials). Le soluzioni progettuali proposte, sviluppate presso le due sedi coinvolte nella cotutela (Università di Bologna, Université Paris-Est) sono affrontate secondo un protocollo scientifico che prevede: progettazione del sistema costruttivo, analisi meccanica e termica, sperimentazione costruttiva, verifica delle tecniche di messa in opera e dei requisiti prestazionali.

Studio dei circuiti di clamper negli amplificatori operanti in classe e

Questa tesi tratta dell’amplificatore di potenza (PA–Power Amplifier) operante in classe E. Si tratta di un convertitore DC/AC ad elevato rendimento che può trovare impiego in numerose applicazioni in cui il problema della generazione di calore o la necessità di non sprecare energia sono particolarmente stringenti (ad esempio apparati per cui non è previsto un impianto di raffreddamento e/o apparati alimentati a batteria). L’elevato rendimento di un amplificatore operante in classe E deriva dalle specifiche forme d’onda ai capi del dispositivo attivo impiegato, tali per cui la perdita di commutazione durante la fase di accensione dello switch diviene pressoché trascurabile (Zero-Voltage-Switching e Zero-Derivative-Voltage Turn-ON). Il prezzo da pagare per ottenere queste benefiche forme d’onda è quello di avere un valore di cresta della tensione sul dispositivo che commuta assai più elevato del valore medio, coincidente con la tensione di alimentazione DC. In generale si stima una tensione di picco fra le 3 e le 5 volte più elevata della tensione DC, in funzione del Duty-Cycle e dell’assorbimento di corrente sul carico. Occorre poi tenere presente che in condizioni dinamiche (ad esempio qualora si collegasse direttamente l’amplificatore all’alimentazione) potrebbero innescarsi dei transitori tali per cui la tensione di picco ecceda anche il range suddetto. Per questo motivo è bene porre un limite alla massima tensione di picco adottando dei circuiti di protezione del transistore al fine di evitare la sua distruzione per limiti legati alla tensione di breakdown. Questi circuiti sono denominati clamper: in questa tesi valuteremo le modalità con cui si può implementare tale protezione; valuteremo, inoltre, i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall’impiego di tali circuiti. Questi clamper sono prevalentemente di tipo dissipativo (Zener); nel corso della tesi si è studiato la realizzazione di un clamper rigenerativo che utilizza un trasformatore, ma si è constatata la irrealizzabilità fisica a causa della inevitabile presenza della induttanza dispersa.

Advanced aspects of radiation protection in the use of particle accelerators in the medical field

In this work, the well-known MC code FLUKA was used to simulate the GE PETrace cyclotron (16.5 MeV) installed at “S. Orsola-Malpighi” University Hospital (Bologna, IT) and routinely used in the production of positron emitting radionuclides. Simulations yielded estimates of various quantities of interest, including: the effective dose distribution around the equipment; the effective number of neutron produced per incident proton and their spectral distribution; the activation of the structure of the cyclotron and the vault walls; the activation of the ambient air, in particular the production of 41Ar, the assessment of the saturation yield of radionuclides used in nuclear medicine. The simulations were validated against experimental measurements in terms of physical and transport parameters to be used at the energy range of interest in the medical field. The validated model was also extensively used in several practical applications uncluding the direct cyclotron production of non-standard radionuclides such as 99mTc, the production of medical radionuclides at TRIUMF (Vancouver, CA) TR13 cyclotron (13 MeV), the complete design of the new PET facility of “Sacro Cuore – Don Calabria” Hospital (Negrar, IT), including the ACSI TR19 (19 MeV) cyclotron, the dose field around the energy selection system (degrader) of a proton therapy cyclotron, the design of plug-doors for a new cyclotron facility, in which a 70 MeV cyclotron will be installed, and the partial decommissioning of a PET facility, including the replacement of a Scanditronix MC17 cyclotron with a new TR19 cyclotron.

Safety, Security And safeguards In GEN IV sodium fast reactors

This work presents first a study of the national and international laws in the fields of safety, security and safeguards. The international treaties and the recommendations issued by the IAEA as well as the national regulations in force in France, the United States and Italy are analyzed. As a result of this, a comparison among them is presented. Given the interest of the Japan Atomic Energy Agency for the aspects of criminal penalties and monetary, also the Japanese case is analyzed. The main part of this work was held at the JAEA in the field of proliferation resistance (PR) and physical protection (PP) of a GEN IV sodium fast reactor. For this purpose the design of the system is completed and the PR & PP methodology is applied to obtain data usable by designers for the improvement of the system itself. Due to the presence of sensitive data, not all the details can be disclosed. The reactor site of a hypothetical and commercial sodium-cooled fast neutron nuclear reactor system (SFR) is used as the target NES for the application of the methodology. The methodology is applied to all the PR and PP scenarios: diversion, misuse and breakout; theft and sabotage. The methodology is applied to the SFR to check if this system meets the target of PR and PP as described in the GIF goal; secondly, a comparison between the SFR and a LWR is performed to evaluate if and how it would be possible to improve the PR&PP of the SFR. The comparison is implemented according to the example development target: achieving PR&PP similar or superior to domestic and international ALWR. Three main actions were performed: implement the evaluation methodology; characterize the PR&PP for the nuclear energy system; identify recommendations for system designers through the comparison.

Improvement of photon transport model by including coupled photon-electron transport and kernel refinement

The first part of this work deals with the inverse problem solution in the X-ray spectroscopy field. An original strategy to solve the inverse problem by using the maximum entropy principle is illustrated. It is built the code UMESTRAT, to apply the described strategy in a semiautomatic way. The application of UMESTRAT is shown with a computational example. The second part of this work deals with the improvement of the X-ray Boltzmann model, by studying two radiative interactions neglected in the current photon models. Firstly it is studied the characteristic line emission due to Compton ionization. It is developed a strategy that allows the evaluation of this contribution for the shells K, L and M of all elements with Z from 11 to 92. It is evaluated the single shell Compton/photoelectric ratio as a function of the primary photon energy. It is derived the energy values at which the Compton interaction becomes the prevailing process to produce ionization for the considered shells. Finally it is introduced a new kernel for the XRF from Compton ionization. In a second place it is characterized the bremsstrahlung radiative contribution due the secondary electrons. The bremsstrahlung radiation is characterized in terms of space, angle and energy, for all elements whit Z=1-92 in the energy range 1–150 keV by using the Monte Carlo code PENELOPE. It is demonstrated that bremsstrahlung radiative contribution can be well approximated with an isotropic point photon source. It is created a data library comprising the energetic distributions of bremsstrahlung. It is developed a new bremsstrahlung kernel which allows the introduction of this contribution in the modified Boltzmann equation. An example of application to the simulation of a synchrotron experiment is shown.