Experimental characterization of FBG-based sensors system for In-service inspection of a Gen IV Lead Cooled Fast Reactor

Il presente progetto si propone di realizzare una piattaforma per il monitoraggio e la diagnostica delle problematiche strutturali dei reattori nucleari di quarta generazione che newcleo sta progettando ed installerà nei prossimi anni. La piattaforma integrerà sensori innovativi, basati su fibre ottiche e progettati per essere compatibili con l'ambiente estremo in cui andranno ad operare (alte temperature, presenza di radiazioni e di flusso neutronico, vincoli meccanici) con strumenti software che permetteranno di massimizzare l'estrazione di informazioni e la fruizione da parte degli operatori. In particolare, le attività di ricerca e sviluppo si concentreranno sulla valutazione e sul miglioramento della robustezza alle alte temperature e alle radiazioni, soluzioni di incollaggio ed elaborazione del segnale. I sensori a fibra ottica saranno sviluppati e integrati nei principali componenti del reattore, come il reactor-vessel, le barre di controllo e i generatori di vapore. Questo approccio porta con sé significativi vantaggi, tra cui compattezza, struttura leggera, geometria flessibile e integrazione non invasiva con i componenti critici. I sensori FBG offrono alta precisione, resistenza alle interferenze elettromagnetiche e possibilità di multiplexing, rendendoli ideali per il monitoraggio continuo di parametri cruciali come temperatura, deformazione e pressione. Vengono esplorate tecniche avanzate di durabilità, come l'incisione delle FBG tramite femtosecond-laser e rivestimenti specializzati, per garantire la resilienza dei sensori in condizioni di alte temperature e intensità di radiazione. Nella fase sperimentale, viene impiegato un Full Factorial Design of Experiments (DoE) per analizzare le prestazioni dei sensori in condizioni variabili, come cicli termici, stress meccanico e diverse combinazioni di fibre e resine. I test ad alta temperatura valutano la linearità e la ripetibilità delle risposte degli FBG, mentre i test di carico ciclico ne verificano la durabilità. I risultati confermano l'affidabilità dei sensori FBG in ambienti ad alta temperatura, validando il loro utilizzo come soluzione integrata e non invasiva per l'ispezione in servizio e la garanzia di sicurezza nei reattori nucleari. Questa tesi dimostra il potenziale della tecnologia dei sensori a fibra ottica per rivoluzionare il monitoraggio dei reattori nucleari, allineandosi agli obiettivi strategici di Newcleo e contribuendo ampiamente ai progressi in materia di sicurezza nucleare.