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LTC for Thermonuclear fusion
 

LTCalcoli has a consolidated experience in the analysis and support to the design of reactors for thermonuclear fusion.

This experience has been built thanks to a strong long-term partnership with:

  • ENEA (National Authority for Alternative Energy),

  • ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor),

  • Fusion for Energy (F4E EURATOM agency for the management of the ITER Project in the European Union),

  • IPP - W7X (Max Planck Institute for Plasma Physics which is building the fusion reactor called the W7-X)

  • CNR (Italian National Research Council)

The technical and professional knowledge necessary to carry out this type of activity include several areas where overlapcomputational electromagnetics, computational mechanics and engineering of thermonuclear fusion.


The LTCalcoli has been involved in the design of various nuclear fusion reactors and their components. Among them:
• ITER
• IGNITOR (High Field Tokamak Machine)
• W7-X
• JET (European Tokamak Machine installed and operating at Oxford)
• FTU (Frascati Tokamak Upgrade place in ENEA Frascati)
• DEMO (Evolution of ITER)

For all of these reactors, different aspects of the project were analyzed by LTCalcoli team: from thefeedback of parasites to the thermo-structural analysis and the electromagnetic optimization. In recognition of his expertise, LTCalcolihas also contributed to the revision of the design of various reactor components, including the divertor, the toroidal field coil, the WindingPack of ITER and the vacuum chamber wall and the First IGNITOR.

In particular, in the field of thermo-structural analysis and design optimization, LTCalcoli has conducted a detailed analysis ofthe main components of nuclear fusion reactors applying different procedures:

- evaluation of the effect of the deposition of neutron heat and heat fluxes from the plasma thanks to transient thermal analysis;

- static and dynamic analysis, elastic and elasto-plastic analysis for different load conditions: weight, pre-load, thermal load due to the deposition of neutron heat and heat fluxes from the plasma, electromagnetic loads;

- seismic analysis; 

- fatigue analysis with low number of cycles;

- structural testing to various standards such as the SDC-IC, ASME, RCC-MR and others.

In the field of engineering of plasma, electromagnetic numerical codes have been developed for the analysis of: 
• consumption of the flow of Plasma; 
• plasma scenarios; 
• disruption of Plasma.

In this regard, LTCalcoli has also developed and well-validated (eg on blanket modules and the ITER divertor) a procedure ofelectromagnetic "zoom" number that allows you to extract, from a complex electromagnetic system, the excitation provided on a subsystem. With this method it's possible a more detailed analysis of the electromagnetic component by a development of the model of the single component.

LTC per la fusione termonucleare 

LTCalcoli ha una esperienza consolidata nell'analisi e supporto alla progettazione di reattori per la fusione termo-nucleare.

Questa esperienza è stata costruita grazie ad una forte collaborazione a lungo termine con: 

  • ENEA (Ente Nazionale Energie Alternative),

  • ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor),

  • Fusion for Energy (F4E agenzia EURATOM per la gestione del Progetto ITER nei paesi dell’Unione Europea),

  • IPP - W7X (Istituto Max Planck di fisica del plasma che sta costruendo il reattore a fusione denominato W7-X) 

  • CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano).

Le conoscenze tecniche e professionali necessarie per svolgere questo tipo di attività comprendono diverse aree, in cui si sovrappongono elettromagnetismo computazionale, meccanica computazionale e ingegneria della fusione termo-nucleare.

La LTCalcoli è stata coinvolta nella progettazione di vari reattori a fusione nucleare e dei relativi componenti. Tra questi:
• ITER  
• IGNITOR (High Field Tokamak Machine)
• W7-X  
• JET (European Tokamak Machine installato e operante ad Oxford) 
• FTU (Frascati Tokamak Upgrade posto in ENEA Frascati)
• DEMO (Evoluzione di ITER)

Per tutti questi reattori, diversi aspetti del progetto sono stati analizzati dal team LTCalcoli: dalle valutazioni di correnti parassite alle analisi termo-strutturali, alla ottimizzazione elettromagnetica. Come riconoscimento della sua competenza, LTCalcoli ha anche contribuito alla revisione della progettazione di diversi componenti dei reattori, fra cui il divertore, la bobina di campo toroidale, il Winding Pack di ITER e la Camera da Vuoto e la Prima Parete di IGNITOR.

In particolare, nel campo delle analisi termo-strutturali e di ottimizzazione dei progetti, LTCalcoli ha condotto analisi dettagliate sui principali componenti di reattori a fusione nucleare, applicando diverse procedure:
- analisi termiche transitorie per la valutazione dell'effetto della deposizione di calore neutronico e dei flussi termici dal plasma;

- analisi statiche e dinamiche, elastiche ed elasto-plastiche per diverse condizioni di carico: peso proprio, pre-carico, carico termico dovuto alla deposizione di calore neutronico ed ai flussi termici dal plasma, carichi elettromagnetici;

- analisi sismiche; 

- analisi a fatica con basso numero di cicli;

- verifica strutturale secondo i diversi standard come (tra gli altri) le SDC-IC, ASME, RCC-MR.

Nel campo della ingegneria del plasma, sono stati sviluppati codici numerici elettromagnetici per l'analisi di: 
• consumo del flusso di Plasma; 
• scenari di plasma; 
• disrupzioni di Plasma.

A questo proposito, LTCalcoli ha anche sviluppato e ben convalidato (ad esempio sui moduli di blanket e sul divertore di ITER) una procedura elettromagnetica di "zoom" numerico che consente di estrarre, partendo da un complesso sistema elettromagnetico, l'eccitazione indotta su un sottosistema. Con questa metodologia è possibile un'analisi elettromagnetica più dettagliata del componente da analizzare sviluppando il modello numerico del solo componente.

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