Una delle domande che ci si pone rispetto agli incidenti conseguenti al terremoto nelle centrali giapponesi è se un progetto più recente avrebbe dato maggiori garanzie di sicurezza.

La prudenza è d'obbligo perché il terremoto è stato di un grado elevatissimo, dato che si è liberata un'energia decine di migliaia di volte maggiore di quella, per esempio, del terrremoto de l'Aquila.

Però una centrale più moderna avrebbe avuto sicuramente più frecce al suo arco per difendere l'ambiente. Le centrali AP1000 di Toshiba Westinghouse, per esempio, sono progettate per spegnersi da sé in caso di incidente, anche se manca energia alla centrale, anceh se manca l'intervento degli operatori.

Si usano meccanismi di sicurezza passivi, come un serbatoio d'acqua sul tetto per il raffreddamento di emergenza, valvole di sicurezza tenute chiuse dall'energia, che si aprono se manca corrente e così via. Tutti sistemi che agiscono per cause naturali senza intervento umano e apporto di energia esterna.

Ecco un'animazione del sistema di raffreddamento di emergenza della centrale AP1000, proveniente dal sito di Toshiba Westinghouse. Secondo Toshiba, il sistema di raffreddamento di emergenza agisce automaticamente e senza intervento esterno per 72 ore. 

L'incidente di Chernobyl è avvenuto in un test folle sul tempo di intervento dei generatori di emergenza. I generatori di emergenza non hanno funzionato come si deve a Fukushima, così come non hanno funzionato tutte le pompe di raffreddamento.

Per queste ragioni, i sistemi che fanno affidamento su generatori di emergenza e su sistemi di raffreddamento pilotati da pompe, anche se quadruplicate, come nel progetto europeo EPR, non sono intrinsecamente sicuri come i sistemi passivi.

Un'altra misura passiva importante è il contenimento del reattore in edifici di contenimento con un metro e mezzo di spessore delle pareti e un recipiente in materiale refrattario al calore, una specie di scodella pronta per raccogliere il prodotto di un'eventuale fusione del nucleo nel caso peggiore in assoluto.

Questa è la sicurezza che ci si aspetta da un impianto di terza generazione avanzata (GEN III+). Naturalmente un terremoto è sempre un'evenienza incontrollabile, ma certamente è desiderabile avere un edificio di contenimento in grado di resistere all'impatto di un aereo e un sistema di raffreddamento di emergenza che può operare per 72 ore senza intervento esterno.

 

Quando si parla di esplosioni e di centrali nucleari non bisogna immaginare il classico fungo atomico delle bombe. Non è possibile che l'uranio di una centrale esploda in quel modo: non è uranio arricchito al 90% "weapons grade", ma più comunemente uranio arricchito al 5%. La reazione prodotta da questo uranio è in grado di creare temperature elevatissime, ma non un'esplosione.

Le esplosioni si verificano quando il calore sviluppato è tale da creare situazioni in cui l'acqua si elettrolizza, sviluppando idrogeno e ossigeno, una miscela esplosiva, ma esplosiva in modo convenzionale.

L'esplosione può causare la perdita di liquido di raffreddamento, un incidente grave, ma tipicamente previsto in fase di progetto. Difficilmente può esserci perdita di materiale radioattivo, se il recipiente principale del reattore e il circuito di raffreddamento primario sono contenuti nell'edificio di contenimento principale.

L'edificio di contenimento è costruito in cemento armato, con uno spessore intorno al metro e mezzo e, nelle centrali di progettazione contemporanea, è calcolato per resistere all'impatto di un aereo di linea. All'interno dell'edificio dovrebbe trovarsi anche il circuito di raffreddamento primario, quello in cui circola l'acqua a contatto con il combustibile. Purtroppo, il progetto della centrale, del 1970, non è basato sugli stessi standard di oggi e il contenimento non è così forte.

In uno scambiatore di calore, l'acqua del circuito primario viene raffreddata con quella del circuito secondario, che è completamente isolata dal materiale radioattivo. Quest'acqua raffredda il circuito primario, attraversa le turbine allo stato di vapore e può essere dispersa nell'ambiente.

Abbiamo pubblicato un'eccellente animazione del funzionamento di un reattore che visualizza e riassume quello che abbiamo detto.

Un incidente con dispersione di materiale radioattivo si può verificare se l'edificio di contenimento non rimane impermeabilmente chiuso e integro e se si ha un'esplosione nel circuito primario. Due circostanze che sono valutate attentamente in tutti i progetti correnti. Purtroppo, non sembra questo il caso del reattore numero uno dell'impianto di Fukushima-Daiichi, progettato nel 1970.

Non perdo tempo a fare una descrizione dettagliata dell'incidente di Fukushima-Daiichi perché nel frattempo esiste una voce di Wikipedia fortemente dettagliata. C'è anche un ottimo riassunto in Italiano delle notizie pubblicate da World Nuclear News, seguito da ulteriori dettagli sul blog di Paolo Venturini.

Altre notizie si trovano sul sito di World Nuclear News, in continuo aggiornamento

 

Facciamo un calcolo di esempio, usando i dati a disposizione per un
reattore di tipo APR1400, un modello coreano.

Per dare un'idea della potenza di un reattore, consideriamo che
l'uranio, informa di biossido di uranio, è formato in pellet di circa
un centimetro di lunghezza e 0,8 centimetri di spessore. Un pellet di
uranio produce circa 1600 KWh di elettricità, che è pari al consumo
medio di una casa in un periodo di otto mesi.

Una barra di combustibile è un tubo cavo, di una lega di zirconio, che
contiene 365 pellet, strettamente impilati e tenuti in posizione da
molle. I tubi di combustibile sono assemblati in fasci, e ogni fascio
è costituito di 236 barre. Ogni fascio contiene quindi circa 86.140
pellet di biossido di uranio. Dato che il recipiente di un APR1400
contiene 241 fasci di barre, un reattore di questo tipo può generare
elettricità per circa 13.3 milioni di case all'anno.

Un reattore nucleare non è poi così complesso. Si può provare a vedere
come controllare un reattore in caso di un guasto a una delle sue
componenti giocando con questa simulazione di condizioni di pericolo
nucleare.

http://www.ida.liu.se/~her/npp/demo.html

Esiste anche una versione Flash un del gioco di simulazione

http://esa21.kennesaw.edu/activities/nukeenergy/nuke.htm

La Russia sta pensando di costruire centrali nucleari fluttuanti. Sicuramente non avranno problemi per reperire acqua per il raffreddamento, ma i problemi ingegneristici devono essere molto elevati.

La fusione nucleare è una tecnologia promettente da troppi anni e sembrava definitivamente nel cassetto insieme a tutte le altre tecnologie che sono quasi in arrivo, ma non arrivano mai.
Troviamo, invece un articolo di Technology Review che parla di test imminenti per il progetto Italo Russo, guidato dal professor Italo Coppi - nome italiano, ma in forza al MIT.
Probabilmente anche questi esperimenti sono stati oggetto di colloquio fra il premier italiano e quello russo.

Anche il Post, fa eco allo studio del Pentagono che avevamo ripreso da Le Monde.

E infatti non è sbagliato pensare ai piani per il futuro e valutare anche scelte nucleari, se la capacità produttiva delle altre soluzioni non è sufficiente.

Il problema è che anche secondo i dati dell'EWEA, European Wind Energy Association, petrolio, carbone e nucleare fanno il 50% del totale di energia e fra le energie rinnovabili la parte del leone è dell'energia idroelettrica.

In mancanza di dati migliori sulla capacità di installare e generare energia con tecnologie alternative, l'input per la politica non può essere che investire nella ricerca e creare alternative nucleari a breve termine.

Il governo, in effetti si muove in questa direzione. Speriamo solo che siano scelte informate e responsabili e che si scelgano le tecnologie che portano la sicurezza a un grado tale da rendere il pericolo di incidenti minuscolo e non fare prevedere pericoli per l'ambiente anche in caso di incidente.

Update: l'EWEA propone l'obiettivo di arrivare al 100% di energie rinnovabili per il 2050. Un obiettivo molto ambizioso, che comunque pone un limite inferiore alla finestra da coprire fra quando diventa antieconomico il petrolio e quando diventa fattibile coprire il fabbisogno con energie rinnovabili.

Un reattore nucleare ad acqua pressurizzata (PWR) funziona usando il calore della reazione nucleare per produrre vapore, che muove una turbina collegata a un generatore di corrente. Il processo è semplice in linea di principio, ma il diavolo sta nei dettagli, come si dice in Inglese.

Il combustibile è costituito da pastiglie di uranio, che sono incorporate in barre di ceramica con zirconio per confinare il materiale radioattivo. Lo zirconio permette di creare ceramiche molto resistenti, per questo è usato anche per le protesi dentarie.

Le barre sono circondate dal liquido di raffreddamento e dalle barre di controllo. Le barre di controllo servono a assorbire i neutroni che sono prodotti dalla fissione nucleare. In questo modo si evita che un reattore diventi una bomba atomica.

il fluido di raffreddamento viene usato per scaldare l'acqua che aziona la turbina. I due circuiti sono isolati per evitare che il fluido che è stato a contatto con il materiale radioattivo esca dallo scudo che incapsula il reattore. Questo scudo, circa 20 centimetri di acciaio, serve a confinare le perdite in caso di incidente e a proteggere il reattore da eventi sismici o da attacchi aerei insieme a un guscio esterno di cemento armato.

Il vapore residuo dopo avere azionato la turbina viene raffreddato da un circuito idraulico, che resta isolato dal circuito principale di raffreddamento.

Naturalmente, tutti i possibili guasti al sistema sono valutati in sede di progetto e sono gestiti da uno o più circuiti di emergenza. Nel caso del reattore AP1000 di Westinghouse-Toshiba, le valvole che devono chiudersi in caso di emergenza sono progettate in modo da rimanere chiuse in caso di guasto o di mancanza di corrente. Le valvole sono tenute aperte da motori e chiuse da molle, per assicurare una tendenza naturale del sistema a mettersi in sicurezza da sé.

Le Monde pubblica un dato poco rassicurante: Un rapport émanant de l’état-major inter-armées américain publié le 15 mars pronostique qu’en 2015, les capacités mondiales de production de pétrole pourraient être inférieures de 10 millions de barils par jour à la demande.