SCHERMATURA IN C. A. PER UN ACCELERATORE ELETTROSTATICO NEI LABORATORI NAZIONALI DEL GRAN SASSO

L’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) si occupa di riprodurre in laboratorio le reazioni nucleari che generano la maggior parte dell’energia prodotta dalle stelle e che hanno permesso la sintesi degli elementi all’interno delle stelle e nell’Universo primordiale. Tali reazioni sono caratterizzate da una probabilità (sezione d’urto) molto piccola alle energie di interesse astrofisico e risultano molto difficili da misurare in laboratori alla superficie terrestre dove il fondo cosmico maschererebbe il debole segnale atteso. Negli ultimi 25 anni la collaborazione LUNA ha installato due acceleratori nei laboratori sotterranei dei LNGS e misurato alcune reazioni chiave del ciclo di combustione dell’idrogeno e della nucleosintesi primordiale. Il progetto attuale riguarda l’installazione di un nuovo acceleratore che consentirà di misurare anche reazioni dei cicli di combustione dell’elio e del carbonio. Quest’ultimo sarà collocato all’interno della Sala Acceleratore (SA).

La struttura della SA, come i materiali costruttivi, è stata progettata tenendo conto dei seguenti vincoli:

• I materiali e il corpo di fabbrica devono avere ottime capacità schermanti;
• Il piano di appoggio, costituito da una soletta in c.a. di spessore 60 cm e una schermatura posizionata in mezzeria, non può essere demolito per la realizzazione di fondazioni;
• Ad esperimento finito l’opera deve essere smontabile e riutilizzabile in altro sito;
• La prescrizione più importante riguarda i materiali che compongono il calcestruzzo. Il cemento deve essere povero di Uranio, Torio e Potassio. I cementi più poveri di questi elementi sono il Portland al calcare EN 197-1 – CEM II/A-LL e il Portland al calcare EN 197-1 CEM II/B-LL. La sabbia deve essere di tipo calcareo come quelli della zona oggetto di intervento. Si consigliano Sacci cementi, sabbia TEGES e comunque di evitare sabbie di altre regioni. Prima della messa in opera dei blocchi bisogna controllare che il contenuto dell’Uranio, del Torio e del Potassio non sia al di sopra dei limiti ammessi nei laboratori sotterranei.
• POSIZIONAMENTO E DIMENSIONI

La SA sarà costruita in Sala B, in corrispondenza della parte Nord, dove attualmente sorge la struttura di ICARUS. La SA avrà la forma di un parallelepipedo lungo 26,9 m, largo 12,4 m e alto 5,7 m , dalla sua base di appoggio sul pavimento di sala alla copertura.

• DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA

Sulla scorta delle prescrizioni suddette si è deciso di realizzare una struttura in c.a. in quanto il calcestruzzo ha un ottimo potere schermante.

Le pareti e la copertura avranno uno spessore di 80 cm; lo spazio interno sarà perciò lungo 25,3 m e largo 10,8 m. L’altezza interna sarà di 4,9 m, ma internamente ed esternamente sarà posta una soletta di circa 20 cm, che solleverà il piano di calpestio, riducendo l’altezza interna a 4,7 m. La soletta esterna contornerà la SA, estendendosi di fatto fino ai cordoli di parete est, ovest e nord di sala, e per circa 2,5 metri attorno al lato sud. Delle rampe con inclinazione inferiore all’8% verranno opportunamente gettate tra piano rialzato e piano di sala.

Le pareti saranno realizzate mediante blocchi in c.a. di forma a T accoppiati tra di loro mediante colla e piastre d’acciaio (disposte agli estremi dell’elemento). La forma a T nasce dall’esigenza di realizzare giunti a scaletta, ottimi per evitare la dispersione di energia.

La copertura sarà realizzato nello stesso modo delle pareti, con blocchi in c.a. di forma a T. Il collegamento tra le pareti e la copertura sarà realizzato mediante barre filettate bullonate.

• LA PREFABBRICAZIONE

Gli elementi parete hanno sezione a “T” e saranno assemblati alternati l’uno rispetto al successivo.  Anche le travi di copertura hanno sezione a “T” alternata.

• LA FASI DI MONTAGGIO

Il montaggio avverrà iniziando dalla testata a Nord. Verrà montato per primo l’elemento d’angolo e subito quella adiacente ortogonale ad esso; al completamento della parete di testata e di due elementi di risvolto per lato, si posizioneranno i primi due elementi di copertura. Prima del montaggio delle travi di copertura verrà effettuato il getto di sigillatura alla base. Terminata la testata, con le travi di copertura, si procederà lungo gli allineamenti delle pareti posizionando le pareti e la trave di copertura corrispondente fino a giungere alla seconda testata che completerà il montaggio.

Sugli elementi parete, prima del loro sollevamento, verranno posizionati:

• un puntello fissato nella parte superiore;
• un balcone per ponteggio a sbalzo;
• una rasatura di malta sul giunto.

Un volta posizionato l’elemento verrà fissato il puntello alla base e sganciato. A posizionamento avvenuto dell’elemento parete  successivo si procederà a disporre le piastre di collegamento.

La posa della trave di copertura avverrà prestando attenzione all’ingresso barre  fuoriuscenti dalle pareti negli appositi fori predisposti sugli appoggi delle trave.