Quando si dice “stress test”

Apprendiamo dalla rivista Radwaste Solutions [1] che il cask modello HI-STAR 180, fabbricato dalla Holtec Int.l ed adibito al trasporto di combustibile nucleare, è stato sottoposto ad uno stress test molto particolare, che ha avuto luogo il 28/08/2013 presso i terreni di prova dell’esercito statunitense ad Aberdeen, Pensilvania.

Un missile di circa 494 kg, in poliuretano, lungo cinque metri e mezzo, riempito di materiale non-esplosivo e lanciato alla velocità di 974 km/h ha impattato su di un campione in scala del recipiente suddetto. Secondo quanto riportato dalla Holtec, il modello ha resistito all’impatto meglio del previsto e con ampi margini di prestazione.

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Fig. 1 A sinistra: il missile, pronto a partire, sul binario che lo vincola alla traiettoria. A destra: il bersaglio, prima del test e con alle spalle il “ricevitore”, ossia la struttura adibita ad accogliere il campione sbalzato dall’urto.

Il test è stato condotto per conto della Axpo Power AG, che sta cercando di ottenere la certificazione di questo tipo di dispositivi da parte degli enti regolatori svizzeri. Ingegneri, tecnici ed ispettori vari dell’Ispettorato Federale Svizzero per la Sicurezza Nucleare (ENSI) e dell’Associazione Svizzera per le Ispezioni Tecniche (SVTI) hanno assistito all’evento. In conformità con i requisiti dell’ENSI, il test è stato progettato per simulare l’impatto di un aereo che intenzionalmente o accidentalmente si schianti su di un HI-STAR in uso per lo stoccaggio e/o trasporto del combustibile nucleare esausto.

ImageFig. 2 Due fotogrammi ripresi ad alta velocità dove si vede il missile in procinto di colpire il modello in scala di un cask HI-STAR 180.

Nell’ispezione post-impatto i controllori della SVTI hanno confermato che il tasso delle perdite di elio da eventuali fessure/spaccature è risultato 1000 volte inferiore ai criteri stabiliti [2]. Inoltre, tutti i bulloni hanno mantenuto le loro proprietà elastiche ed in generale non si è verificata alcuna rottura nella struttura di contenimento.

Sul sito internet della Holtec Int.l sono disponibili alcuni video clip dove l’esperimento è ripreso da diverse angolazioni: www.holtecinternational.com/news/videos/.

L’HI-STAR 180 è già stato autorizzato nel 2009 dalla Commissione per la Regolamentazione Nucleare degli Stati Uniti (U.S. N.R.C) al trasporto di combustibile ad elevato burn-up [3] per reattori ad acqua pressurizzata e di combustibile ad ossidi misti (MOX), ed è in linea con i requisiti della IAEA per i cask di tipo B(U)F [4].

Contenitori di questo tipo forniscono tutte le funzioni necessarie per la gestione di materiale altamente radioattivo: rimozione passiva del calore, schermatura, garanzia di integrità del combustibile, mantenimento della sottocriticità, contenimento della radioattività [5].

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Stress test inerenti la resistenza agli impatti su cask non sono una novità in ambito nucleare. In altri casi è stata verificata, per esempio, la tenuta della struttura a seguito di caduta dall’alto. Ed in ogni caso tipicamente questi contenitori sono forniti di limitatori di impatto, una sorta di ammortizzatori, che sono in grado di assorbire gli effetti dannosi di eventuali cadute, ruzzolamenti, tamponamenti o urti di vario genere, e che vengono posti alle due estremità, ossia sopra il coperchio secondario e sotto il fondo.

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Tutto questo permette di escludere completamente ogni rischio legato al trasporto/stoccaggio di materiale radioattivo? NO. Qualche pignolo potrebbe evidenziare il fatto che il missile di cui sopra non conteneva materiale esplosivo, o altro ancora … l’essenziale consta, però, nel fatto che il “RISCHIO ZERO” non esiste, per nessuna attività, a meno che non si precludano tutti i pericoli o, meglio, si eviti l’attività stessa. Test come quello qui sopra descritto mostrano che i rischi, per quanto inevitabili, possono anche essere molto bassi, ovvero ragionevolmente accettabili.

 

Note ed approfondimenti:

[1] Rivista pubblicata dall’American Nuclear Society, nella quale si discute in modo approfondito e con un approccio pratico di tutte le problematiche relative alla gestione dei rifiuti radioattivi e ai ripristini ambientali: trasporto, rimozione, trattamento, pulizia, stoccaggio dei rifiuti a basso/medio/alto livello di radioattività. Gli articoli sono per la maggior parte contributi di tecnici del settore con specializzazioni che vanno dalla medicina alla ricerca universitaria, dalla consulenza legale al lavoro in cantiere. Molto spazio è dedicato agli inserti pubblicitari di ditte che si occupano della fornitura di dispositivi e/o servizi. 

[2] Perché l’elio?

Nella “famiglia” di Mendeleev l’elio è, come dire, lo “smilzo” (in realtà con massa molecolare ancor più piccola ci sarebbe l’idrogeno, che, però, è decisamente più inquadrabile come “attaccabrighe”, considerate le sue caratteristiche chimico-fisiche). Da qui l’impiego nei controlli non distruttivi (NDT), in particolare in quelli di tenuta, in qualità di gas tracciante: l’elio, fluendo attraverso fessure, incrinature ed interfacce assai strette, dove particelle più grosse non passerebbero, permette di rilevare perdite anche minime (fino a 10-11 mbar-l/s). Inoltre è un gas nobile, quindi inerte: non interagisce né con altri gas né con il manufatto da testare. Non ha colore, odore o sapore; non è tossico e in caso di dispersione nell’ambiente non crea alcun problema. Infine, essendo presente in atmosfera in quantità molto bassa, circa (5 ppm), permette di avere strumenti atti ad individuare le perdite con un rumore di fondo molto basso.

[3] Cos’è il burn-up?

Senza entrare troppo nei dettagli: tale caratteristica fornisce una misura della resa del combustibile nel reattore ed è legata al numero di fissioni che vi avvengono. Utilizzare combustibile fissile ad elevato burnup (i.e. consumo) permette di avere un elevato fattore di carico dell’impianto (e.g. > 90% , salvo fermate non programmate), specialmente con i reattori ad acqua leggera.

[4] I cask sono grossi contenitori, tipicamente di forma cilidrica (letteralmente dei barili, grosso modo 5 m di lunghezza per 1.5 m di diametro esterno), strutturati con più livelli di contenimento/schermatura/isolamento e per un assemblaggio a geometria predifinita del materiale da stoccare/trasportare. Sotto l’involucro esterno, il componente principale è di solito costituito da una virola in acciaio.

Il codice “B(U)F” identifica una particolare categoria della classificazione IAEA

[http://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/pub1194_web.pdf].

[5] Leader nel settore è l’azienda AREVA-TNI, che si avvale anche di alcuni fornitori italiani per la fabbricazione di parti o dei componenti completi.

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