Thermo-mechanical analyses and design of components for fusion devices

RFX-mod ha dimostrato le sue potenzialità avendo conseguito importanti risultati sperimentali nelle configurazioni reverse field pinch e tokamak, pertanto contribuendo al programma di ricerca sulla fusione. Nuove sfide saranno esplorate con la macchina modificata e denominata RFX-mod2, attualmente in fase di progetto. Questa tesi presenta le modifiche del progetto meccanico dell’assieme toroidale e le verifiche condotte mediante simulazioni termo-meccaniche. Soluzioni speciali vengono proposte per il confinamento del vuoto di RFX-mod2 considerando la compatibilità con la macchina costruita e con il concetto di modifica costituita meccanicamente dalla rimozione della camera da vuoto. Le soluzioni sono state sviluppate in considerazione dei suddetti vincoli e della fattibilità tecnologica. Il progetto meccanico della struttura toroidale di supporto è stato svolto per renderla a tenuta di vuoto. La barriera da vuoto è stata progettata alle giunzioni della struttura toroidale sviluppando diverse soluzioni di tenuta compatibili con i stringenti requisiti dei componenti attuali: anelli ceramico-metallo brasati ai giunti poloidali, un piatto saldato al giunto equatoriale esterno, una lamiera resistiva al giunto equatoriale interno. Un simulacro sperimentale è stato proposto per qualificare la fattibilità tecnologica delle soluzioni di tenuta; inoltre, sono state preparate le relative specifiche tecniche per la fornitura. I calcoli progettuali sono stati sviluppati per il guscio di stabilizzazione passiva considerando i requisiti di fornire supporto strutturale alle tegole della prima parete e di sopportare i carichi termici. Nuovi anelli di supporto del guscio di stabilizzazione sulla struttura toroidale sono stati progettati mediante una serie di simulazioni agli elementi finiti per selezionare il materiale, il loro numero e la geometria di supporto considerando i carichi applicati. Le specifiche di carico per i componenti di RFX-mod2 sono state preparate valutando diverse condizioni d’esercizio e combinazioni di carichi termici, strutturali ed elettromagnetici per essere applicate alle simulazioni agli elementi finiti della macchina. Il progetto dei componenti è stato avvalorato da analisi termo-meccaniche condotte sviluppando modelli tridimensionali in ambiente ANSYS ed i risultati sono stati verificati applicando i codici per la progettazione dei recipienti a pressione ASME e dei componenti in vuoto di ITER. Come descritto nella tesi, è stato completato il progetto meccanico preliminare della barriera vuoto e dei componenti in vuoto della macchina RFX-mod2 e le verifiche condotte risultano soddisfatte ed hanno dimostrato la validità delle soluzioni proposte.