Anno:periodo 2:2 Lezioni,esercitazioni, laboratori:6+2 (oresettimanali) Docente:MargheritaAppendino
Obiettivo principale del corsoèquellodi imparti re lenozionifondamenta lidella scienza dei materiali di uso ingegneristico in generale e in particolare di quelli impiegati in camponucleare. Secondoobiettivo"è quello di illustrarealcuni metodi di elaborazione, proprietà~caratteristiche di impiego di detti materiali.
REQUISITI
Èindispensabile la conoscenza della chimica generale e inorganica, nonché di alcuni concetti fondamentalidi fisicae matematica. Sarebbe sufficiente averben assim ilato e presente quanto costituisce i programmi ministeriali del liceo classico per le suddette materie.
PROGRAMMA
- Classificazione e proprietà dei materiali di interesse ingegneristico. [2ore]
- Acque per uso industriale. Approvvigionamento e trattamenti preliminari; gas disciolti e degasaggio chimico e fisico;analisie calcolo della durezza daidati analitici;
metodi di abbattimento della durezza:a) calce-soda, b) fosfati, c) resine scambiatrici sodiche. Metodi di ottenimento di acqua demineralizzata: con resine scambiatrici anioniche e cationi che, per distillazione, con evaporatori a multiplo effetto, per termocompressione. parziale dissalazione dell'acqua per elettrodialisi,osmosi inversa, congelamento. [6 ore]
- Produzione di deuterio e acqua pesante a partire dall'acqua demineralizzata: con il metodo elettrolitico, per distillazione frazionata dell'acqua o dell'idrogenoliquido,per scambio isotopico produzione del trizio. Attivazione neutronica e radiolisi dell'acqua.
[2 ore]
- Nucleo atomico e sua stabilità; radioattività naturale e artificiale;nuclidi; nucleoni e loro energia di legame; reazioni di fissione nucleare;reazioni di fusione nucleare; ele-menti moderatori sezione di cattura neutronica;attivazione neutronica. [4 ore]
- Combustibili e loro classificazione; reazioni di combustione; entalpia di reazione e potere calorifico; potere calorifico superiore e inferiore; aria teorica di combustione;
volume e composizione dei fumi; temperatura teorica di combustione; perdite al camino;temperatura di accensione;limiti di infiammabilità; potenziale termico. [5 ore]
- Combustibili solidi:litantrace e coke metallurgico.
Combustibili liquidi: petrolio e suoi derivati; legge di Raoult e distillazione frazionata;
benzine e numero di ottano;oli diesel e numero di cetano; inquinanti e loro abbatt i-mento.
Combustibili gassosi:gas naturale, gas di gasogeno , gassificazione di prodotti petro-liferi.
Combustibili nucleari: calcolo dell'energia sviluppata nelle reazioni di fissione e di fusionenucleareneutroni veloci e neutroni termici. [5 ore]
- Legami atomici e proprietà della materia;energia e lunghezza di legame; strutture cristalline perfette;cellaelementare; numero di coordinazione. '
Difettireticolari:
di punto,a)ditipochimico,comesoluzioni solide o solidinon stechiometrici, eb)di tipo fisico,comevacanze, interstiziali, difetti Schottkye Frenkel, irraggiamento neutronico, diffusione allo stato solido;
di linea:dislocazioni avite e a cuneo; deformazioni meccaniche; disuperficie: bordi di grano e
divolume: solidiamorfi. [4 ore]
Proprietà termiche dei materiali: capacità termica massica e molare, dilatazione termica e suo coefficiente,conducibilità termica,shocktermico. [2 ore]
-.Proprietà meccaniche dei materiali: resistenza a trazione e modulo di Young, .resistenza a compressione,durezza,resilienza, scorrimentoviscoso a caldo, resistenza a
fatica e a flessione. [3 ore]
- Proprietà elettriche dei materiali: conduttori, isolanti, semiconduttori, superconduttori; conducibilità elettrica e temperatura;resistenza elettrica e elementi di lega. [2 ore]
- Diagrammi distato a uno e a due componenti; curve di riscaldamento e di raffredda-mento eutettici,peritettici, composti intermedi; lettura di diagrammi di stato ternari.
[4 ore]
- Materiali ceramici:ceramiche, grès e laterizi. [l ora]
- Materiali refrattari: definizione,classificazione e prove di refrattari età libera, sotto carico,porosità ,densità; refrattari argillosi, alluminosi, silicei, magnesiaci, dolomitici, cromitici e magnesiocromitici, a base di zirconia; refrattari non tradizionali per usi nucleari: grafite e refrattari a base di carbonio, carburo di silicio e di boro, nitruro di silicio e di boro;ossidi carburi e nitruri di uranio refrattari usati come combustibili nucleari. [7 ore]
- Leganti aerei e idraulici: gesso e cementi Portland, pozzolanico, d'alto forno; idrata-zione del cemento;calcestruzzo e sue cause di degrado nucleare. [5 ore]
- Prodotti siderurgici: produzione della ghisa; marcia dell'alto forno; diagramma di Boudouard e di Chaudron; diagramma di stato ferro-carbonio e ferro-cementite; affina-zione della ghisa e produaffina-zione dell'acciaio; curve TTT e CCT;tempra e rinvenimento;
ricottura, normalizzazione, indurimento per lavorazioni meccaniche; danneggiamento degli acciai per irraggiamento neutronico; acciai inossidabili; diagrammi di stato Fe-Ni e Fe-Cr. [lO ore]
- Uranio: minerali e metallurgia dell'uranio;proprietà dell'uranio metallico;composti dell'uranio impiegati nei reattori nucleari. [3 ore]
- Torio e plutonio: metallurgia del torio; ciclo dei combustibili nucleari;
riprocessamento;plutonio ottenuto con il metodo di estrazione con solventi. [4 ore]
- Materiali per incamiciamento dei combustibili nucleari: leghe di alluminio e di magnesio; leghe di zirconio. [3 ore]
- Scorie radioattive e loro sistemazione. [2 ore]
ESERCITAZIONI
l. Calcoli sulla durezza delle acque. Calcoli sull'abbattimento della durezza delle acque. Calcoli per il degasaggio chimicoe la dolcificazione con resine delle acque. [3 ore]
2. Calcoli sulla combustione. [3 ore]
3. Calcoli sull'energiasviluppata nelle reazioni di fissione e fusionenucleare. [2 ore]
4. Calcoli suimoduli dei cementi. [2 ore]
5. Illustraz ione delle apparecc hiature più usate e normalizzate per la determinazione delleproprietàtermiche, elettrichee meccanichedei materiali. [4ore]
LABORATORIO
Dolcificazione di un'acqua per mezzo di resine scambiatrici sodiche; determinazione della durezza totale, permanente, temporanea di un'acqua; determinazione del potere calorificosuperioreeinferiore per un combustibile solido e gassoso; prove di resistenza a trazione e di resilienza su materialipolimerici e metallici; prove di durezza; dilato-.
metro.
BIBLIOGRAFIA
C.Brisi,Chimicaapp licata,LevrottoeBella, Torino, 1988.
l.F.Shackelfo rd,Materialssciencefor engineers,McMillan, 1992.
w.
Gerasimov, A.Monakhov,Nuc!earengineering materials, 1983.C.K.Gupta,Materialsinnuclear energyapplications, CRC Press,1989.
ESAME
L'esame consta di un esoneroscrittoe di unaparteorale. Lo scrittovertesu unesercizio di calcolo sulle acque, diunodi calcolo suicombustibili tradizionali,di unodi calcolo sulle reazioni nucleari e diuna domanda relativa a acque, combustibili e nucleo. Se l'esonero scritto non viene superato può essere ripetuto ad ogni appello prima di sostenere la prova orale. L'esonero havalidità annuale. L'esame orale verterà ovvia-mente su tutto il programm a svolto a lezione, conesclusione dellaparte superata in sede di esoneroscritto.
Q 527 O
Anno:periodo5:l Docente: Aldo Pasquarelli