Pubblichiamo il terzo articolo della nostra serie dedicata allo sviluppo del nucleare civile in Turchia. La prima parte è disponibile a questo link, la seconda parte a questo link.
L’impianto nucleare di Akkuyu è un progetto in serie di una centrale nucleare basato su un precedente progetto di Novovoronezh NPP-2 (Russia, regione di Voronezh). Il progetto prevede 4 unità di potenza con una capacità di 1200 MW ciascuna. La produzione in serie e il buon funzionamento di questa tecnologia (Novovoronezh NPP, Leningrad NPP-2) confermano la loro affidabilità.
La Russian State Atomic Energy Corporation Rosatom ha più di 70 anni di esperienza nel mercato internazionale dell’energia e si colloca al primo posto nel mondo in termini di portafoglio di progetti esteri (36 unità di potenza in diverse fasi di implementazione in 12 paesi); la società statale fornisce il 17% del mercato globale del combustibile nucleare.
Rosatom State Corporation occupa il 2° posto al mondo e il 1° posto in Russia in termini di produzione di energia nucleare, il 2° posto al mondo nelle riserve di uranio e il 4° posto in termini di produzione.
VVER-1200
La soluzione di punta della Rosatom è un design rivoluzionario del reattore VVER-1200. È stato sviluppato sulla base delle versioni del reattore VVER-1000 costruite per clienti stranieri negli anni ’90 e 2000: Bushehr NPP (Iran), Kudankulam NPP (India), Tianwan NPP (Cina). Rosatom ha cercato di migliorare ogni parametro del reattore, oltre a introdurre una serie di sistemi di sicurezza aggiuntivi, che consentono di ridurre la probabilità di emissioni di radiazioni in caso di incidenti e loro combinazioni.
Di conseguenza, il reattore VVER-1200 è diverso in termini di:
– maggiore potenza,
– durata di vita di 60 anni,
– elevato coefficiente di utilizzo della capacità installata (90%),
– capacità di lavorare per 18 mesi senza rifornimento,
La tecnologia VVER utilizza un’installazione con generazione di vapore a doppio circuito con un reattore a neutroni termici. Il liquido di raffreddamento e il moderatore è acqua in pressione.
Il progetto include quattro circuiti di raffreddamento con un generatore di vapore, una pompa di circolazione principale (MCP), pressurizzatore, valvole di sicurezza e di arresto di emergenza sulle tubazioni del vapore e serbatoi del sistema di raffreddamento del nucleo di emergenza del reattore.
Pertanto, il VVER-1200 combina l’affidabilità di soluzioni ingegneristiche collaudate con una serie di sistemi di sicurezza attiva e passiva finalizzati tenendo conto dei requisiti “post-Fukushima”.
Le soluzioni ingegneristiche utilizzate in VVER-1200 sono, ovvero:
– vasca del combustibile esaurito all’interno del contenimento,
– filtri in uscita dall’anello ventilato,
– unico “core catcher” con materiale sacrificale,
– impareggiabile sistema di rimozione del calore passivo,
Questi fattori permettono di definirlo un impianto con reattore di terza generazione.
Il sistema di sicurezza delle moderne centrali nucleari russe è costituito da quattro barriere tra le radiazioni ionizzanti combinate con sostanze radioattive e l’ambiente:
Il primo è la matrice del combustibile che impedisce il rilascio di prodotti di fissione attraverso il rivestimento dell’elemento di combustibile.
La seconda barriera è il rivestimento dell’elemento di combustibile che impedisce ai prodotti di fissione di entrare nel refrigerante del circuito primario.
La terza barriera è il circuito del refrigerante del reattore primario che impedisce ai prodotti di fissione di entrare nel contenitore primario.
La quarta barriera è un sistema di gusci ermetici protettivi (contenitori), che previene il rilascio di prodotti di fissione nell’ambiente. Se succede qualcosa nel core del reattore, tutta la radioattività rimarrà all’interno di questo contenitore. Tutti i moderni reattori russi di tipo VVER hanno un contenitore. Inoltre, il contenitore non è progettato solo per l’impatto esterno, ad esempio un incidente aereo, un tornado, un uragano o un’esplosione. Il contenitore può sopportare una pressione interna di 5 kg/cm2 e l’impatto esterno di un’onda d’urto che crea una pressione di 30 kPa e lo schianto di un aereo da 5 tonnellate. Il volume di contenimento è di 75mila metri cubi e il rischio di accumulo di idrogeno in esso in concentrazioni esplosive è molto inferiore rispetto alla centrale nucleare di Fukushima-1. In caso di incidente, all’interno del contenitore viene installato un sistema sprinkler per ridurre la tensione di vapore, che spruzza una soluzione di boro e altre sostanze da sotto la cupola dell’unità impedendo la diffusione della radioattività. Lì sono anche collocati ricombinatori di idrogeno, che non consentono a questo gas di accumularsi e prevengono la possibilità di un’esplosione.
Il principio di sicurezza passiva implica l’esistenza di mezzi per gestire eventuali incidenti, che prevedono la localizzazione di sostanze radioattive all’interno del contenitore. Essi includono:
– sistemi di rimozione dell’idrogeno (con ricombinatori passivi);
– sistemi di protezione da sovrapressione del circuito primario;
– sistemi per l’abbattimento del calore tramite generatori di vapore;
– sistemi per la rimozione del calore dal contenitore (fornisce la rimozione del calore a lungo termine in qualsiasi situazione di emergenza);
– core catcher – un contenitore situato sotto il reattore e riempito con una sostanza che consente lo spegnimento istantaneo della reazione.
Garantire il funzionamento sicuro dei reattori
I reattori VVER utilizzano una composizione del nocciolo che garantisce l ‘”autoprotezione” del reattore o la sua “autoregolazione”.
Se il flusso di neutroni aumenta, la temperatura nel reattore aumenta e così di conseguenza anche il vapore prodotto. Ma gli impianti del reattore sono progettati in modo tale che l’aumento della frazione di vuoti nel nucleo si traduca in una cattura accelerata dei neutroni e nel termine della reazione a catena. Questo effetto è quello che viene definito coefficiente di reattività negativo.
Per fermare rapidamente ed efficacemente la reazione a catena, è necessario catturare i neutroni rilasciati. Il carburo di boro viene normalmente utilizzato come assorbitore. Le barre con l’assorbitore vengono introdotte nel nucleo, il flusso di neutroni viene assorbito, la reazione rallenta e si ferma. Affinché le aste possano entrare nel nucleo in qualsiasi condizione, sono sospese sopra il reattore e trattenute da elettromagneti. Questo schema garantisce l’abbassamento delle barre anche in mancanza di corrente: gli elettromagneti si spegneranno e le aste entreranno nel nocciolo sotto l’azione della gravità (senza alcuna operazione aggiuntiva da parte del personale). Questa è la differenza tra i progetti domestici e americani utilizzati in Giappone presso la centrale nucleare di Fukushima-1 (dove le barre sono state inserite dal basso).
Quindi, la fisica stessa del rettore fornisce un’autoprotezione basata su una “reattività negativa”.
Nelle centrali nucleari russe vengono utilizzati principalmente schemi a due circuiti. Lo schema a doppio circuito è fondamentalmente più sicuro di quello a circuito singolo utilizzato in Giappone, perché tutte le sostanze radioattive sono all’interno dell’involucro protettivo (contenitore) e non c’è vapore nel circuito primario, perciò il rischio di “esporre” e surriscaldare il combustibile è fondamentalmente inferiore. Inoltre, i reattori VVER sono dotati di 4 generatori di vapore e i sistemi di rimozione del calore sono multi-loop, ovvero sono fornite riserve d’acqua significative. In caso fosse necessario l’approvvigionamento di ulteriore acqua di raffreddamento, sono fornite pompe di raffreddamento di emergenza separate (una pompa per ogni tubo).
Anche le riserve d’acqua sono ridondanti: in primo luogo, l’acqua verrà fornita dai serbatoi di riserva installati nella centrale stessa, quindi, se questa acqua è ancora insufficiente, l’acqua inizierà ad essere fornita da tre serbatoi aggiuntivi.
La potenza di tutte le pompe di riserva viene fornita in modo indipendente: ciascuna è alimentata da un generatore diesel separato. Tutti i generatori si trovano in edifici separati, il che non consente il loro guasto simultaneo.
L’attivazione di tutti questi sistemi di sicurezza insieme sarà richiesta solo in caso di incidente di massima gravità. Tutta la quantità di acqua versata nel reattore viene accumulata da uno speciale sistema di raccolta e raffreddamento. Il sistema fornirà nuovamente l’acqua raccolta al nucleo, ovvero il riciclaggio sarà garantito.
Sicurezza ecologica della produzione di energia nucleare
Le odierne tecnologie consentono di garantire la sicurezza dell’energia nucleare per l’ambiente e le persone che vivono nelle immediate vicinanze delle centrali nucleari. Una centrale nucleare non minaccerà la sicurezza delle colture o l’ambiente acquatico.
A differenza delle centrali termiche, le tecnologie atomiche:
– non consumano ossigeno,
– non emettono sostanze chimiche nocive nell’atmosfera o nei corpi idrici,
– consente di risparmiare in modo significativo i combustibili fossili, le cui riserve sono limitate.
La centrale nucleare è un impianto a ciclo chiuso del combustibile. Ciò significa che tutto il carburante utilizzato rimane all’interno della centrale nucleare. L’acqua utilizzata per il raffreddamento non è esposta ad effetti chimici, fisici o radiologici.
Gli impianti nucleari non inquinano l’ambiente. L’impatto delle radiazioni delle centrali nucleari sull’ambiente e sul pubblico è molto inferiore rispetto alle centrali elettriche a petrolio, carbone e olio combustibile, che rilasciano nell’atmosfera prodotti nocivi della combustione. In tutto il mondo, l’energia nucleare può ridurre le emissioni di anidride carbonica di 3 miliardi di tonnellate all’anno.
Ing. Massimo Giorgi
Regional Director for Europe per NIATR (NUCLEAR INDUSTRY ASSOCIATION)
www.niatr.org
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