Risposte veloci a domande pertinenti – parte seconda

Proseguiamo qui la nostra serie di domande e risposte sulle radiazioni, iniziata nel precedente articolo reperibile a questo link: https://nucleareeragione.org/2014/04/02/risposte-veloci-a-domande-pertinenti-prima-parte/

Cos’è, dunque, la dose?

Si tratta, a ben vedere, di un concetto abbastanza intuitivo. Cambia il punto di osservazione. Mentre con una misura della radioattività si descrive il processo che riguarda la sorgente, con la dose si descrive quello che riguarda la materia circostante. In generale, il termine dose si riferisce sia all’ammontare dell’energia assorbita dal materiale eventualmente esposto alla radiazione sia ai potenziali effetti biologici sui tessuti organici esposti. È chiaro che ne consegue un’accurata distinzione: si parla di dose assorbita e di dose equivalente.

Ovvero, come si definiscono dose assorbita e dose equivalente?

La dose assorbita è la quantità di energia depositata in una sostanza dalla radiazione ionizzante (primaria) per unità di massa della sostanza esposta. Tale dose è espressa numericamente in rad [unità di misura tradizionale – 1 rad equivale all’assorbimento di 100 erg per grammo di materiale] o, meglio, in gray [unità del sistema internazionale (SI) – si pronuncia “grèi” – 1 Gy equivale all’assorbimento di 1 joule per chilogrammo di materiale].

La dose equivalente è il prodotto dato dalla moltiplicazione della dose assorbita per un ‘fattore qualitativo’, che tenga conto dei potenziali effetti biologici. A parità di dose assorbita, infatti, i diversi tipi di radiazione possono comportare effetti diversi (una delle principali distinzioni è tra irraggiamento esterno ed interno). In alcuni casi è necessario considerare anche altri fattori che meglio esprimano l’eventuale gravità dell’impatto, ossia il danno. Si parla, allora, anche di dose efficace, che rappresenta la somma ponderata delle dosi equivalenti ai vari organi e tessuti aventi diversa radiosensibilità. La dose equivalente è misurata in rem [unità di misura tradizionale] o, meglio, in sievert (Sv) [unità del sistema internazionale (SI) – si pronuncia “sìvert”]. Essendo che la facoltà di un organismo di riparare nel tempo un danno biologico è legata alla velocità del suo accumulo, diviene necessario misurare tale velocità, da cui il tasso di dose equivalente (i.e. rateo di dose dalla traduzione pedestre di dose rate) [3]. In generale le dosi possono essere acute (ricevute in un breve lasso di tempo) o croniche (ricevute per un lungo periodo).

La radioattività, invece, come si misura?

L’unità di misura del SI è il becquerel: 1 Bq = 1 disintegrazione (trasformazione) al secondo. Per tradizione esiste anche il curie [si pronuncia “curì”], unità di misura legata ai primi studi sul Radio (Ra): 1 Ci = 1 quantità di materiale radioattivo nel quale avvengono 37 miliardi di disintegrazioni al secondo (i.e. 1 g di Ra). Gli strumenti di rilevazione sono di svariati tipi [4]. Preme sottolineare il fatto che una misura della radioattività non fornisce informazioni esaustive riguardo alla pericolosità di un dato materiale. Occorrono quantificazioni accurate delle dosi.

Esiste anche una radiazione secondaria?

Esatto. La radiazione secondaria è costituita da ioni, fotoni, elettroni secondari generati dall’interazione tra la radiazione primaria e la materia circostante. Gli effetti sono indiretti e la relativa dose equivalente va calcolata a parte. In caso di interazione di neutroni con elementi fissili o fertili, nelle opportune condizioni, si può avere fissione con relativi sottoprodotti e catene di decadimento radioattivo.

Quali sono gli effetti su organismi e tessuti organici?

Dipende da molti fattori e si distingue di norma tra effetti somatici, genetici, teratogeni, stocastici (i.e. probabilistici) e non-stocastici (i.e. deterministici). Questo vale sia per la radiazione primaria che per quella secondaria.

In cosa consiste la differenza tra effetti stocastici e non stocastici?

Gli effetti stocastici sono legati ad una probabilità di accadimento. La generazione avviene su base random indipendentemente dall’ammontare della dose: è casuale. Va evidenziato il fatto che, anche se tipicamente non viene associata una soglia al di sotto della quale non si hanno effetti probabilistici, questi divengono visibili, ossia registrabili, solo al di sopra di certi livelli di dose [5]. Si ha, infatti, una proporzionalità diretta con l’ammontare della dose, ma esistono anche meccanismi biologici e spontanei di recupero. L’insorgenza di un tumore è un effetto stocastico. Viceversa, gli effetti deterministici (non stocastici) dipendono direttamente dalla dose ricevuta, con una soglia al di sotto della quale non si ha alcun effetto. Le ustioni da radiazioni sono un effetto non stocastico.

Ed in cosa si differenziano effetti genetici e teratogeni?

Entrambi si manifestano nella prole delle persone o degli animali che hanno ricevuto l’agente. Tuttavia, mentre si hanno effetti genetici solo nel caso in cui l’agente viene assorbito prima del concepimento, quelli teratogeni prevedono un assorbimento durante la gestazione. Gli effetti teratogeni sono particolarmente visibili comportando evidenti malformazioni [6], ma come per quelli genetici la difficoltà principale consiste nell’identificazione dell’agente. Lo stato dell’arte degli studi sulle persone sopravvissute alle bombe atomiche o ad elevate contaminazioni radioattive e sulla loro discendenza dimostra che l’incidenza di tali effetti è indistinguibile dai valori attesi nei casi in cui la variazione del fondo di radioattività naturale dell’habitat è rimasta nella norma [7].

Che dire degli effetti somatici?

 Si dicono somatici [dal greco “soma” (corpo)] i danni che si manifestano a carico dell’individuo irradiato. Evidenze conclusive riguardo gli effetti sulla salute di dosi da radiazioni inferiori a 1 millisievert (mSv) non sono disponibili; tuttavia, per dosi comprese tra 50 e 250 mSv si hanno modificazioni delle caratteristiche del sangue registrabili attraverso accurati esami di laboratorio. Nessun altro effetto clinico è riscontrabile per dosi al di sotto dei 0.5 Sv (500 mSv). A dosi molto elevate gli effetti somatici possono essere molto seri. Un eccesso di esposizione di tutto il corpo o di gran parte di esso comporta la cosiddetta sindrome da radiazioni, un complesso di sintomi che partono dal manifestarsi di nausea, senso di spossatezza, vomito e diarrea e possono essere seguiti da perdita di capelli, emorragie ed infiammazioni (gola e bocca in particolare). Nei casi severi, laddove l’esposizione a singola dose (i.e. non frazionata) supera i 10 Gy, è possibile la morte in due o quattro settimane [5].

Note ed ulteriori letture

[3] Per esempio, se si ha un tasso di dose equivalente pari a 1 mSv/h ed un tempo di esposizione pari a 6 min, si ottiene una dose equivalente pari a (1 mSv/h) x (1/10 h) = 0.1 mSv = 100 µSv.

[4] Scintillatori, contatori geiger, ecc. Alcuni rilevatori restituiscono semplicemente il numero di conteggi di particelle registrati, in questi casi l’unità di misura della radioattività sono i conteggi per secondo (cps). Considerata l’energia media depositata dalle particelle costituenti le radiazioni ionizzanti, tipicamente si stimano 10-10 Sv ogni conteggio. Tenuto conto del tempo di rilevamento si calcola, quindi, il tasso di dose equivalente. Tuttavia, questo genere di conversione non può essere ritenuto esaustivo per la stima della dose equivalente: occorre uno studio dettagliato, caso per caso, in primis distinguendo tra irraggiamento esterno ed interno.

[5] Una descrizione più approfondita richiederebbe una risposta assai più articolata. Tuttavia, prima di una richiesta in tal senso si consiglia la consultazione di una Tavola delle Dosi, che potrebbe risultare di maggiore aiuto. Qui di seguito l’indirizzo per una delle migliori, da cui trarre un’idea quantitativa dei possibili livelli di dosi da radiazioni, da fonte naturale e/o artificiale: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Radiation_%28xkcd%29.png

[6] Dal greco: “teratò-ghènesis” (generazione di mostri). È d’uopo mettere in chiaro il fatto che gli agenti teratogeni, come quelli mutageni in generale, non sono esclusivamente sostanze radioattive o radiazioni ionizzanti, per la maggior parte i casi appurati riguardano sostanze chimiche non-radioattive spesso presenti nelle abitudini del consumatore medio o in particolari farmaci.

[7] “Radiation exposure has never been demonstrated to cause hereditary effects in human populations. The absence of observable effects in children of survivors of the atomic bombings in Japan, one of the largest study populations, indicates that moderate acute radiation exposures of even a relatively large human population must have little impact.” [http://www.unscear.org/docs/reports/2001/reportga.pdf]

Although demonstrated in animal studies, an increase in the incidence of hereditary effects in human populations cannot at present be attributed to radiation exposure; one reason for this is the large fluctuation in the spontaneous incidence of these effects.

In general, increases in the incidence of health effects in populations cannot be attributed reliably to chronic exposure to radiation at levels that are typical of the global average background levels of radiation. This is because of the uncertainties associated with the assessment of risks at low doses, the current absence of radiation-specific biomarkers for health effects and the insufficient statistical power of epidemiological studies. Therefore, the Scientific Committee does not recommend multiplying very low doses by large numbers of individuals to estimate numbers of radiation-induced health effects within a population exposed to incremental doses at levels equivalent to or lower than natural background levels.

[Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation – Fifty-ninth session (21-25 May 2012) – General Assembly Official Records Sixty-seventh session Supplement No. 46]

TRIESTE NEXT 2014: ENERGETIC

La Terza Edizione di TRIESTE NEXT – SALONE EUROPE DELL’INNOVAZIONE E DELLA RICERCA SCIENTIFICA, evento promosso dal Comune di Trieste, dall’Università degli Studi di Trieste e da Post Editori, avrà come tema l’ENERGIA.
Salvate le date nell’agenda: 26-28 settembre 2014.

Conferenza Nazionale sull'Energia

La Terza Edizione di TRIESTE NEXT – SALONE EUROPE DELL’INNOVAZIONE E DELLA RICERCA SCIENTIFICA, evento promosso dal Comune di Trieste, dall’Università degli Studi di Trieste e da Post Editori, avrà come tema l’ENERGIA.

TriesteNext logo
Dal 26 al 28 settembre 2014, il capoluogo giuliano sarà sede di un nutrito programma di attività convegnistica e seminariale, attitività divulgative, mostre, spettacoli e rappresentazioni artistiche: ogni proposta sarà legata al tema dell’energia, anche nell’ottica delle sue implicazioni etiche. Da qui il titolo della kermesse: EnergETIC.

Si parlerà di fonti di energia rinnovabile e non rinnovabile, vettori di energia, risparmio energetico, bioenergia e salute dell’uomo. Particolare risalto verrà dato al ruolo della policy sullo sviluppo delle tecnologie energetiche, all’impatto sociale e territoriale, all’interrelazione tra energia e le altre sfide mondiali per il progresso dell’umanità (acqua, cibo, ambiente).
Si tratta senza dubbio di una sensazionale occasione per avvicinare il grande pubblico…

View original post 374 altre parole

Risposte veloci a domande pertinenti – prima parte

Stimolati dalla curiosità dei nostri lettori e dalle tante domande che spesso ci vengono poste sull’argomento, pubblichiamo oggi il primo di una serie di articoli di approfondimento sul tema della radioattività.
Lo schema e’ del tipo “domanda e risposta”, con la possibilità per i lettori di inserire nella pagina di commenti ulteriori richieste di approfondimento o chiarimenti sui concetti esposti.

Che cosa sono le radiazioni?

Le radiazioni sono pacchetti di energia in transito sotto forma di particelle ad alta velocità e/o onde elettromagnetiche. Nella vita di tutti i giorni incontriamo le onde elettro-magnetiche in continuazione: esse costituiscono, per esempio, la luce visibile, le onde radio, le micro-onde ed i raggi ultra-violetti e permettono il funzionamento dei televisori, la comunicazione telefonica e la trasmissione dei dati su internet. Ogni tipo di onda elettro-magnetica è caratterizzata da un particolare posizionamento nello spettro energetico. Tutti gli esempi di onde summenzionati non causano la ionizzazione degli atomi coi quali interagiscono, dato che non trasportano energia sufficiente a rimuovere gli elettroni ad essi associati. Viceversa, le radiazioni possono essere sia non-ionizzanti che ionizzanti.

Dunque, quali sono le radiazioni ionizzanti?

Le radiazioni ionizzanti sono tutte quelle caratterizzate da una quantità di energia sufficiente a ‘scalzare’ gli elettroni ‘ben saldati’ agli orbitali degli atomi che esse incontrano nel loro tragitto. La rottura del legame con liberazione degli elettroni trasforma l’atomo dalla condizione di carica nulla a quella di carica positiva o negativa, ovvero di catione o anione. Esempi di radiazione ionizzante sono i raggi gamma e i neutroni.

Cosa sono i raggi gamma?

I raggi gamma sono onde elettromagnetiche, ovvero fotoni, esattamente come le particelle di cui è costituita la luce visibile, che proviene dal sole. In questo caso, mentre la natura particellare è la stessa, cambiano l’energia associata e l’origine: i raggi gamma, rispetto ai fotoni ‘solari’, posseggono maggior energia ed hanno origine, ossia sono emessi dal nucleo degli atomi. Per la precisione, la maggiore energia è dovuta alla minore lunghezza d’onda (i.e. alla maggiore frequenza lunghezza d’onda e frequenza sono grandezze inversamente proporzionali), da cui il diverso posizionamento nello spettro elettromagnetico.

Qui occorre chiarezza. Questi raggi sono onde o particelle?

Entrambe le cose. Nella fisica a livello microscopico vige il dualismo onda-particella, una delle basi della Meccanica Quantistica [1].

Allora i neutroni?

I neutroni sono particelle dotate di massa ed insieme ai protoni costituiscono i nuclei degli atomi. A tenerli legati è l’interazione forte, ovvero un meccanismo di scambio alimentato da particelle sub-nucleari, che agisce come una “colla”, in grado di vincere la repulsione elettrica tra i protoni. I neutroni hanno carica elettrica nulla, i protoni carica positiva; il loro numero caratterizza rispettivamente il numero atomico e la massa atomica, nonché il posizionamento degli elementi nella tavola periodica; il loro rapporto caratterizza l’energia di legame da cui si individuano atomi più o meno stabili. I neutroni prendono la forma di radiazione una volta emessi, ovvero rimossi dai nuclei a seguito di interazioni o processi che comportano la disintegrazione dell’atomo [2], la fissione o la fusione (nucleare).

A voler essere precisi nella fusione nucleare non c’è disintegrazione degli atomi. O no?

La fusione nucleare è un processo attraverso il quale i nuclei di due o più atomi vengono talmente ‘ravvicinati’ che l’interazione forte vince la repulsione elettromagnetica. Si verifica, allora, un’unione tale per cui il nucleo del prodotto ha massa inferiore alla somma dei nuclei reagenti; la differenza di massa, per la nota legge di Einstein, costituisce il guadagno energetico, dal punto di vista dell’ambiente circostante. Tale guadagno può essere costituito dalla liberazione di uno o due neutroni o protoni a reazione, più o meno energetici. Tutto dipende dagli isotopi reagenti. Nel bilancio complessivo il guadagno può anche essere inferiore alla spesa sostenuta per l’innesco della reazione, in tal caso si parla di fusione endoenergetica. In tutti i casi di fusione i nuclei reagenti perdono la loro integrità iniziale.

Isotopi?

Il significato è insito nella parola stessa: dal greco “ìsos-tòpos” (uguale-posto). Essendo che il posto occupato da un elemento nella tavola periodica è determinato dal suo numero atomico, significa che esistono atomi con il medesimo numero di protoni ma diverso numero di neutroni. Molti isotopi sono radioattivi altri no, alcuni isotopi sono artificiali altri no.

Ma, in sostanza, cos’è la radioattività?

La radioattività consiste in una trasformazione di un atomo instabile, che tipicamente dà luogo all’emissione di radiazioni. Si distingue tra processi che comportano un semplice cambio di stato energetico, quelli di decadimento e quelli di disintegrazione. Il fenomeno deve il suo nome alle caratteristiche dell’elemento denominato Radio, uno degli elementi sui quali per la prima volta fu studiato. Questo non significa che il Radio ‘compia’ tutte le attività previste nella casistica dei processi radioattivi: gli isotopi instabili del Radio decadono tipicamente con emissioni di particelle alfa o beta e non sono neppure tra i più radio-attivi.

Particelle alfa?

Le particelle alfa sono agglomerati composti da due neutroni e due protoni. Sono emesse a seguito del decadimento di nuclei instabili e sono in tutto identiche ai nuclei degli atomi di Elio (numero atomico: Z = 2). Mancando gli elettroni, le particelle alfa hanno carica elettrica positiva (e = +2).

E le particelle beta?

Le particelle beta sono elettroni emessi ad alta velocità, dai nuclei di atomi instabili, in un ampio spettro di energie, ovvero con frequenza d’onda che varia a seconda del radionuclide (isotopo) emettitore e del processo. Possono anche essere dotate di carica positiva (e = +1), in questo caso sono positroni e vengono chiamate ‘beta+’.

Si possono avere emissioni ‘in combinata’?

Sì. Spesso le radiazioni gamma accompagnano quelle beta o alfa, ad esempio. Nelle fissioni si ha, invece, sempre anche emissione di radiazione gamma, oltre che dei due o tre neutroni attesi.

Alla fine, quali sono le più pericolose?

Dipende. Occorre tener conto delle loro diverse caratteristiche in termini di massa ed energia, ovvero dimensioni, velocità, lunghezza d’onda e carica elettrica, e delle interazioni con la materia circostante. In linea di massima si distingue in base al loro potere penetrante, ossia alla capacità di penetrazione della materia. Si guarda, pertanto, cosa sia in grado di fermare ciascun tipo di radiazione: le particelle alfa dotate di maggior energia vengono generalmente fermate dagli strati di cellule morte che ricoprono la nostra epidermide; mentre elevate dosi di emissioni beta possono causare forti irritazioni della pelle (eritemi), se non vere e proprie ustioni. Le stesse particelle beta non riescono, tuttavia, a superare sottili strati di metallo (e.g. fogli di alluminio) o plastica. Vanno molto oltre i raggi gamma, oppure i neutroni ad alta energia. Questi ultimi vengono tipicamente rallentati o fermati da materiali ad elevata densità, contenenti elementi in grado di sottrarre loro energia tramite urti o di catturarli/assorbirli nei loro nuclei. Nel caso in cui la sorgente radioattiva sia ingerita o inspirata, trovandosi all’interno del corpo, vengono a mancare le barriere di cui sopra; per cui, ad esempio, la pericolosità delle particelle alfa può superare quella di alcune particelle beta. In ogni caso è d’obbligo fare affidamento alla metodologia di misura della radioattività, delle dosi e dei rischi, adottata dai tecnici specializzati in Fisica Sanitaria, Medicina Nucleare e Radioprotezione, a seconda dei casi.

Qualcosa, comunque, fermerà anche i raggi gamma. O no?

Certamente. Vale lo stesso discorso dei neutroni, salvo il fatto che, avendo la radiazione gamma una natura corpuscolare di tipo fotonico, qui non si può parlare di urti. In sostanza, i raggi gamma sono come i raggi X, utilizzati nelle radiografie, e anche se dotati di maggiore frequenza d’onda possono essere schermati, per esempio, con strati di piombo di opportuno spessore. Esiste, infine, in natura un particolare composto, che nelle giuste quantità è perfettamente in grado di fermare i raggi gamma e fa allo scopo anche per tutti gli altri tipi di radiazioni: l’acqua.

Note ed ulteriori letture

[1]  Per esigenze di brevità la risposta è obiettivamente incompleta e potrebbe dare adito a critiche. Si raccomanda, dunque, di tener conto che la complessità dell’argomento richiede una distinzione tra Meccanica Quantistica, in grado di fornire una parziale predittività alle basse energie, e Teoria Quantistica dei Campi, che è coerente con la Relatività Ristretta e che permette una descrizione di fenomeni macroscopici al di fuori della portata sia della Meccanica Classica che di quella Quantistica (e.g. superconduttività, superfluidità, ferromagnetismo).

[2]  Gli isotopi emettitori di neutroni sono tutti artificiali: non vi sono emettitori naturali di neutroni. O meglio, non direttamente: bisogna tenere conto delle reazioni nucleari del tipo (α, n) e (γ, n). Gli alfa o gamma prodotti da un emettitore possono interagire coi nuclei che incontrano e dare luogo a reazioni con produzione di neutroni. Le sorgenti di neutroni comunemente utilizzate si basano appunto su questo principio. L’altra sorgente neutronica classica è la fissione. La fissione spontanea è rarissima negli elementi naturali, viceversa alcuni elementi prodotti artificialmente sono forti emettitori di neutroni per fissione spontanea. [http://dienca.ing.unibo.it/Mostacci/download/Cap_II.pdf]

Dai megaton ai megawatt

[come produrre energia elettrica eliminando 20000 testate nucleari]

Immagine

Le cronache estere delle ultime settimane, fonti di grave preoccupazione per la condizione degli abitanti dell’Ucraina, hanno riportato in auge lo spettro degli armamenti nucleari.
Ai morti reali, prezzo di aspri scontri, alle forti divisioni, frutto di politiche che qui non vogliamo descrivere né siamo in grado di giudicare in ogni loro aspetto, vediamo aggiungersi la paura che il precipitare della situazione comporti il riproporsi di contrapposizioni di forza che si pensava archiviate (forse) per sempre con la fine della cosiddetta Guerra Fredda.

Nel nostro piccolo, quasi ad esorcizzare tale pensiero terrificante, vorremmo qui  ricordare quanto bene si possa trarre dall’utilizzare le fonti energetiche come veicoli di pace. E tra tutte quella nucleare, in particolare.

Immagine

A dicembre 2013 è stato completato il programma noto con il nome popolare di “Megatons to Megawatts”. Alla base di tale programma vigeva il contratto di acquisto da parte degli Stati Uniti d’America di uranio a basso arricchimento [LEU – Low-Enriched Uranium] (concentrazione isotopo 235U < 20%) ottenuto dal ri-processamento dell’uranio altamente arricchito [HEU – Highly Enriched Uranium] (concentrazione isotopo 235U > 85%) contenuto nelle testate nucleari della Federazione Russa (ex-URSS). Il nome ufficiale del programma è “Accordo tra il Governo della Federazione Russa e il Governo degli Stati Uniti d’America per quanto riguarda la Disposizione dell’Uranio Altamente Arricchito Estratto da Armi Nucleari”, ed è datato 18 febbraio 1993 [Agreement between the Government of the Russian Federation and the Government of the United States of America Concerning the Disposition of Highly-Enriched Uranium Extracted from Nuclear Weapons].

È stato calcolato che il 10% dell’energia elettrica made in USA è stato ottenuto negli ultimi venti anni mediante lo smantellamento di qualcosa di più di 20000 testate nucleari сделано в России (made in Russia), ossia che 500 tonnellate di bomb-grade HEU sono state riciclate in più di 14.000 tonnellate di LEU, equivalenti in termini di energia a circa: 3.4 miliardi di tonnellate di carbone fossile, 12.2 miliardi di barili di petrolio, 2.6E15 (2.6 milioni di miliardi di) metri cubi di gas [1].

Interessante notare come il tutto sia nato grazie all’iniziativa di un fisico del MIT, Thomas L. Neff [2], che nell’ottobre del 1991 ‘prese carta e penna’ e scrisse al New York Times, dando sfogo alla propria ‘inquietudine’. Aveva in mente un’idea semplice e chiara su come trasformare un retaggio scomodo e potenzialmente pericoloso in un mezzo utile ed altamente simbolico. Due mesi dopo fu invitato a Mosca per discutere dei dettagli con scienziati e funzionari governativi russi. Il 28 agosto 1992 iniziarono i negoziati e l’accordo fu siglato da Clinton e Yeltsin nel 1993.

Nell’articolo pubblicato sul Op-Ed del NYT, il 24 ottobre 1991 [http://fissilematerials.org/library/A_Grand_Uranium_Bargain.pdf] sono messi per la prima volta nero su bianco i molteplici aspetti di questa proposta che ha avuto tanto successo e che giustamente è stata commemorata sullo stesso giornale lo scorso 24 gennaio [http://www.nytimes.com/2014/01/28/science/thomas-l-neffs-idea-turned-russian-warheads-into-american-electricity.html?_r=0].

Note

[1] http://www.usec.com/russian-contracts/megatons-megawatts

[2] Il dott. Neff ha successivamente assistito i vari Governi degli Stati Uniti nella risoluzione di alcuni problemi inerenti l’uranio altamente arricchito e la sicurezza nucleare, ricevendo nel 1997 il premio Leo Szilard per gli sforzi profusi. [http://www.world-nuclear.org/sym/2006/neffbio.htm]

CN&R chi?

A quasi tre anni dalla sua fondazione, il Comitato Nucleare e Ragione si ri-presenta ai propri lettori, rispondendo alle curiosità e alle domande che più frequentemente vengono poste durante gli incontri e gli eventi organizzati dai suoi soci.
Per altre informazioni, non esitate a contattarci all’indirizzo: nucleareeragione@gmail.com

Quando è nato il Comitato Nucleare e Ragione?

Il Comitato nasce nell’aprile del 2011, nelle settimane immediatamente successive all’incidente all’impianto nucleare di Fukushima-Daiichi, con l’intento di dare il nostro contributo nel fornire alla popolazione un’informazione oggettiva e scientificamente corretta su quello che stava accadendo in Giappone, in quei giorni spesso carente, specie sugli organi di stampa generalisti. A tale scopo abbiamo attivato dei canali di informazione, pubblicato articoli e organizzato un ciclo di seminari sulla radioattività e sugli impieghi civili dell’energia nucleare.

Chi siete?

Il nucleo fondante del Comitato è costituito da studiosi, docenti universitari, tecnici e ricercatori di diversi ambiti della Fisica, alcuni dei quali svolgono la loro attività professionale in prestigiosi centri di ricerca e atenei italiani e stranieri. Sono membri effettivi del Comitato anche diversi cittadini appassionati di problematiche energetiche, che hanno aderito ai principi e alle finalità dello Statuto.

Cosa fate?

Ci occupiamo di divulgazione scientifica in campo energetico. Il Comitato Nucleare e Ragione, si legge nello Statuto,

si propone di portare a conoscenza dell’opinione pubblica, con obiettività, equidistanza e rigore scientifico, i benefici ed i rischi di ciascuna fonte energetica, con particolare attenzione all’energia nucleare, utilizzando ogni mezzo di comunicazione diretto ed indiretto, quali, a titolo esemplificativo, gli organi di informazione e di stampa, le conferenze ed i dibattiti.

L’obiettivo fondante è pertanto quello di promuovere il raggiungimento di un’equilibrata strategia di approvvigionamento energetico della quale i cittadini siano resi partecipi e consapevoli, mediante la diffusione delle nozioni scientifiche e tecnologiche che stanno alla base delle tecniche di sfruttamento delle diverse fonti di energia.
Il nostro documento di riferimento, pubblicato nell’autunno del 2012, è liberamente scaricabile qui.

Se vi occupate di energia in generale, perché nel nome viene fatto esplicito riferimento al nucleare?

Il nome rispecchia l’origine del Comitato, nato all’indomani dello tsunami giapponese e dell’incidente alla centrale nucleare di Fukshima-Daiichi.
Inoltre, il principale campo di competenza di molti soci è proprio quello della tecnologia nucleare, e di questo continuiamo ad occuparci approfonditamente in numerosi articoli.

Qual è il significato del nome “Nucleare e Ragione”?

La miglior parafrasi per spiegarne il significato è “usare la ragione per capire il nucleare”. Troppo spesso infatti, specie nell’immediatezza di gravi incidenti come quello recente di Fukushima, la discussione sull’energia nucleare assume un tono emotivo e a volte fortemente carente dal punto di vista scientifico. Ciò è in parte motivato dalla complessità dei diversi aspetti, scientifici e tecnologici, che riguardano l’energia nucleare, ma tale ostacolo può essere superato per mezzo di un’accurata attività di divulgazione che possa rendere l’argomento comprensibile anche ad un pubblico non specializzato. Ilnostro approccio alla questione energetica prevede dunque una valutazione anche critica di tutti gli aspetti della tecnologia nucleare, a confronto con le altre fonti energetiche tradizionali e rinnovabili.

Siete a favore o contro il nucleare?

Questa domanda è molto comune e agita spesso dibattiti e discussioni interminabili in tutti gli ambienti in cui viene formulata. Ma è talmente vaga che è impossibile dare una risposta sensata.
La tecnologia nucleare trova applicazioni in una vastissima gamma di attività umane: dall’industria, alla ricerca sulle proprietà fondamentali della materia, alla diagnostica medica, al trattamento radioterapico di forme tumorali, fino alla produzione di energia elettrica. Fenomeni naturali legati alle interazioni di tipo nucleare, inoltre, sono presenti nella vita quotidiana di tutti noi. Se poi ci soffermiamo sulla produzione di energia, esistono due processi fisici completamente diversi, entrambi di tipo “nucleare”: la fissione di nuclei pesanti e la fusione di nuclei leggeri. Solo il primo dei due processi è attualmente impiegato con efficacia e sfruttato tecnologicamente. I progetti di ricerca nel campo della fusione controllata sono oggetto di grossi finanziamenti, anche se serviranno ancora molti anni prima di poter avere dei risultati concreti per un impiego di questo processo per estrarre energia a basso costo. Anche nel campo della fissione la ricerca non si ferma: sono allo studio tecnologie sempre più avanzate, competitive e sostenibili. Di tutto questo, su cosa dovremmo essere pro o contro, esattamente?

Siete a favore o contro la produzione in Italia di energia nucleare, con tecniche di fissione in impianti di terza generazione avanzata?

Lo scopo del Comitato è la divulgazione scientifica, dunque la finalità ultima è quella di dotare il pubblico di tutte le nozioni necessarie per costruirsi un’opinione autonoma, non basata su luoghi comuni o falsi scientifici. La qualità di questo impegno va dunque valutata sulla base dell’onestà e del rigore scientifico, prescindendo dai convincimenti personali di chi scrive.
Il Comitato non si propone pertanto di formulare specifiche proposte di composizione del mix energetico italiano, ma piuttosto di indicare una metodologia tramite la quale la politica e l’opinione pubblica pervengano alla loro determinazione.

Rimane comunque il fatto che nell’Unione Europea i reattori in funzione sono più di 120, contribuendo per il 27% alla produzione di corrente elettrica (dato 2012); inoltre l’energia nucleare, quale fonte a basse emissioni di carbonio, è considerata strategica per la realizzazione delle politiche di decarbonizzazione dell’economia europea, definite dalla Commissione Europea nell’Energy Roadmap 2050. Per questi motivi serve una politica ferma, chiara e trasparente, nella quale tutti gli stati comunitari si facciano partecipi in modo concreto di una strategia energetica condivisa, dove l’Italia possa guadagnarsi un ruolo da protagonista, a partire dalla ristrutturazione e dal consolidamento delle conoscenze specifiche di quell’ampio settore di applicazioni che costituisce la tecnologia nucleare. Per il nostro Paese, anche senza centrali nucleari in funzione o in costruzione, c’è spazio per divenire competitivi nella fornitura di opere e servizi, mantenendo un altissimo livello di qualità: un punto di partenza potrebbe essere una sistemazione adeguata delle nostre scorie nucleari (o meglio di tutti i rifuti radioattivi provenienti da attivita’ industriali, sanitarie e dallo smantellamento delle ex-centrali).

Seriamente, cosa vi spinge a fare tutto questo?

Non possiamo certo definirci esperti, lasciamo ad altri tale onore ed onere. Siamo piuttosto un gruppo di appasionati, che cercano di tenersi ben informati vuoi per lavoro vuoi per passatempo, umilmente consapevoli di non possedere una conoscenza definitiva nè tantomeno esaustiva. Ci piace condividere quel poco che sappiamo con quante più persone possibile: non fosse mai che ci capitasse di incrociare qualcheduno altrettanto inquieto. Alla fine lo facciamo, perchè semplicemente tutto questo ci piace.

Un’occhiata dentro ai reattori

I reattori nucleari hanno una struttura complessa, al centro della quale è presente il nocciolo, dove avvengono le reazioni di fissione a catena. Tutto questo avviene all’interno del contenitore dove risiede il reattore, dietro una struttura in calcestruzzo, che funge da ulteriore schermo per le radiazioni. L’energia termica prodotta viene trasferita all’esterno e convertita, con meccanismi di efficienza più elevata possibile, in elettricità.

Si tratta di un sistema tecnologicamente molto complesso.

Ma come facciamo a dare un’occhiata al suo interno?

Image

Non è così semplice, soprattutto nelle situazioni in cui l’attività del reattore è interrotta o la struttura non permette un controllo rapido delle sue funzionalità.

Un metodo per effettuare una scansione della struttura interna di oggetti con dimensioni e densità elevate ha avuto origine negli anni ’50, con applicazioni in particolare in ambito vulcanologico ed archeologico.

ImageFig. 1: Nel caso in cui non sia possibile l’accesso all’interno della struttura della quale si vuole effettuare la misura, sono necessari dei meccanismi che permettono la ricostruzione di quanto scansionato mediante l’analisi di dati acquisiti all’esterno. In figura la planimetria dei dispositivi per il rilevamento dei muoni e dell’edificio del reattore di Tokai (Giappone), secondo lo schema dell’esperimento condotto dal gruppo di lavoro inter-universitario della High Energy Accelerator Research Organization, sotto la direzione di Atsuto Suzuki.

Questa tecnica prende il nome di muon scattering radiography (tomografia muonica) ed è stata negli ultimi anni ulteriormente sviluppata in numerosi centri di ricerca, tra cui il Los Alamos National Laboratory (LANL), che l’ha impiegata per l’analisi di oggetti all’interno di grossi contenitori. Il principio di questa tecnica è molto semplice ed è attualmente utilizzato in svariati settori e con diverse tipologie di materiali.

La tecnica di imaging con muoni è basata sull’impiego di muoni di origine cosmica, i quali avendo una massa a riposo circa 200 volte superiore a quella degli elettroni (105.6 MeV/c2), subiscono un’ accelerazione meno intensa al passaggio attraverso campi elettromagnetici generati dagli atomi di cui la materia è composta. Ciò si riflette in una capacità di penetrazione nei materiali molto maggiore.

La scansione viene effettuata utilizzando due rivelatori di muoni, posti alle due estremità della regione da analizzare. Le particelle, attraversando i materiali all’interno della zona sotto scansione, subiscono delle deviazioni nella loro traiettoria, con una dipendenza dalla tipologia di materiale attraversato.

ImageFig. 2: Schema di funzionamento per radiografie a diffusione di muoni. La traiettoria del muone di origine cosmica, in viola, viene misurata del sensore all’ingresso (upper detector) e all’uscita (lower detector). Come viene rappresentato dall’immagine, la traiettoria dei muoni subisce una deviazione dipendente dal materiale che la genera.

Nello specifico, la tomografia a muoni si basa sullo studio dello scattering (diffusione) multiplo, in cui la distribuzione angolare delle particelle è data dalla risultante della sequenza delle singole deviazioni cui le particelle sono soggette nell’attraversamento della materia. La qualità di questa tecnica aumenta con il crescere dello spessore dell’oggetto analizzato, in quanto, con un maggior numero di interazioni, la dispersione angolare può essere modellizzata come una distribuzione gaussiana. Le variabili che entrano in gioco sono gli angoli di traiettoria dei raggi incidenti e dei raggi uscenti, che a loro volta dipendono da lunghezza e dal peso atomico del materiale attraversato. Misurando, quindi, i raggi entranti ed uscenti, è possibile ricostruire la struttura interna dell’oggetto analizzato.

Questa tecnica tomografica può risultare particolarmente efficace nel caso si renda necessaria l’analisi di un reattore nucleare che ha subito dei danni interni che non possono essere visionati tramite un accesso fisico, come nel caso del reattore 4 della centrale di Fukushima. Si otterrebbe in tal modo una misura della situazione interna del reattore, rilevando eventuali fusioni e relative fuoriuscite di portata elevata, facilitando e soprattutto velocizzando le procedure di rimozione dei detriti.

Image

Fig. 3: Il possibile risultato di una tomografia muonica. Le linee nere mostrano la struttura circostante la zona dove si trova il materiale con maggiore peso atomico/molecolare, in verde-azzurro, come Uranio o Plutonio.

Ciò che complica nella pratica l’applicazione della tomografia muonica allo studio dell’incidente nella centrale di Fukushima è dovuto ad una ancora non consolidata esperienza dell’impiego di questa tecnologia in questo specifico ambito applicativo [1].

Alcuni test preliminari sono stati effettuati proprio nei laboratori del LANL e successivamente nel reattore nucleare attivo presso l’università del Nuovo Messico. Ulteriori studi sono stati quindi condotti presso i laboratori della Toshiba, finalizzati alla realizzazione di un tomografo a muoni di larga portata, applicabile alla centrale di Fukushima.

Le difficoltà ancora da risolvere sono solo di livello pratico, legate alle macchine da utilizzare per le scansioni (in particolare: risoluzione delle immagini prodotte ed algoritmi necessari per la sua ricostruzione), al loro utilizzo in zone ad alta esposizione per gli utenti, al controllo delle emissioni in prossimità del reattore. I vantaggi sono la capacità dei raggi cosmici di penetrare significativi strati di copertura e l’assenza di ogni dose aggiuntiva erogata in fase di raccolta dati oltre al flusso naturale dei raggi cosmici.

Note:

[1] La tecnica di tomografia muonica è stata incentivata nell’ultimo decennio dall’Unione Europea con il progetto Mu-Steel, basato su un metodo testato precedentemente dall’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN):

Link all’articolo – Nuclear Instruments and Methods in Physics Research – Inglese

Link alla presentazione – IPRD Siena

Un progetto attivo dell’Università del Studi di Padova e della locale sezione dell’INFN si chiama CMT(p) – Cosmic Muon Tomography (project) / (progetto su) Tomografia a Muoni Cosmici.

Dal sito http://mutomweb.pd.infn.it:5210/?page_id=258:

The most immediate application is to assess or exclude the presence of high density objects. This could allow the detection of hidden, shielded radioactive sources inside scrap metal headed to a melting facility.

(L’applicazione più rapida [della tomografia a muoni cosmici] è il rilievo della presenza/assenza di oggetti di alta densità [atomica]. Questo permette la rivelazione di sorgenti radioattive nascoste e protette all’interno di rottami di metallo diretti ad un impianto di fusione.)

Ecco un esempio attuale di utilizzo a livello industriale:

http://www.mermecgroup.com/news-e-events/press-releases/482/1/muon-tomography-to-improve-safety-in-steel-plants.php

http://crete13.org/presentations/8-2_Bonomi%20muSteel.pdf

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.

ImageImage

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].

ImageImage

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.

Image

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.

E gli Yankees stanno a guardare

Sono passati più di due anni da quando le unità 3 e 4 della centrale nucleare Vogtle hanno cominciato a prendere forma nel paesaggio vicino a Waynesboro in Georgia, USA.

A tutti gli effetti, però, la costruzione è iniziata ufficialmente solo lo scorso marzo con il versamento del calcestruzzo del basamento per quanto riguarda l’unità 3, e giusto in novembre per l’unità 4.

Fig. 1: Foto aerea del sito con le unità 1 & 2 operative ed il cantiere per le 3 & 4 sullo sfondo. Agosto 2011 – per gentile concessione di Sothern Company, Ink.
Fig. 1: Foto aerea del sito con le unità 1 & 2 operative ed il cantiere per le 3 & 4 sullo sfondo.
Agosto 2011 – per gentile concessione di Sothern Company, Ink.

Ora i lavori procedono a grandi passi negli edifici turbina, nelle torri di raffreddamento, e negli edifici dei reattori AP1000: i primi nuovi reattori nucleari di tipo commerciale negli Stati Uniti dopo 30 anni.

Il progetto vede coinvolte anche alcune aziende italiane: in primis Ansaldo Nucleare per quanto riguarda alcune parti del design degli impianti Westinghouse-AP1000, alimentati da reattori ad acqua pressurizzata, e nello specifico la Mangiarotti, che a Monfalcone (TS), sta completando la costruzione di alcuni componenti fondamentali del circuito primario, tra cui i pressurizzatori.

Joe Washington, della Southern Company, fornisce maggiori dettagli sullo stato di avanzamento dei lavori nel video che vi proponiamo qui di seguito.

Vi avvisiamo che occorre avere non solo una certa dimestichezza con l’inglese degli americani, ma orecchie tarate sulla parlata suddista. È anche vero che molte immagini parlano da sole.

Vogtle 4th Quarter 2013 Construction Update
Vogtle 4th Quarter 2013 Construction Update

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=dKeRwkrhaTs

Chi l’avrebbe mai detto trent’anni fa*

[commercio nucleare sulla via della seta]

Image

Il 28 maggio scorso è ufficialmente iniziata la costruzione della seconda unità della centrale nucleare di Bàrakah negli Emirati Arabi Uniti; i lavori sulla prima unità, inaugurati quattro giorni dopo la catastrofe di Fukushima, sono, per dirla nel gergo cantieristico, in schedula.

Il pacchetto completo prevede 4 unità APR-1400 (Advanced Power Reactor – Generazione III+, 1455 MWe, 3983 MWth), l’ultima delle quali operativa entro il 2020, per un investimento complessivo di $ 20 mld.

Nell’aprile del 1983 entrò in funzione (commercial operation) la seconda unità della centrale nucleare di Kori, Corea del Sud. Si tratta di un reattore ad acqua leggera pressurizzata, modello Westinghouse (un antenato dell’AP-1000), che a suo tempo segnò l’inizio di una corsa che ha fatto la storia del Paese.

E questa corsa mai si è arrestata, contribuendo fortemente a trascinare il Paese dal Terzo al Primo Mondo.

Cosa mette in relazione queste due date e questi due Paesi? La risposta è semplice: in trent’anni la Corea del Sud, priva di risorse (termine abusato – è più appropriato, in questo caso, “materie prime”), è arrivata talmente avanti nel proprio sviluppo da potersi affermare come esportatore di tecnologia nucleare. E ad importare, in questo caso, sono gli Emiri del Golfo Persico [1].

L’APR-1400 è il frutto dell’esperienza accumulata in Corea del Sud in termini di costruzione e gestione di impianti nucleari. In pratica si tratta di un’evoluzione dell’OPR-1000 (Optimum Power Reactor – una sorta di standard coreano). Il progettista principale è la Korea Power Engineering Company (KOPEC) ed il design prevede l’implementazione di un sistema di sicurezza a tre “livelli”: attivo, passivo ed intrinseco. Questo significa che in caso di incidente con rischio di fusione del nocciolo intervengono alcuni sistemi che impediscono l’interruzione o anche solo la riduzione del flusso del fluido termo-vettore/refrigerante (nel caso specifico acqua). Tale intervento può avvenire o a seguito dell’attivazione da parte di un operatore o tramite l’uso di “segnali intelligenti” per l’innesco del sistema di protezione oppure grazie all’azione “spontanea” delle grandezze in gioco (gravità, velocità del flusso, etc.), sfruttando i principi della Termo-fluidodinamica e della Meccanica Newtoniana e le proprietà dei materiali.  Altri sistemi prevengono gli incidenti di vario tipo o ne mitigano le conseguenze [2].

 

Image          Image  Image

Fig. 1      Bàrakah – la centrale nucleare a quattro unità/reattori, come immaginata dalla KEPCO.

Un dettaglio 3D dei maggiori componenti del circuito primario ed uno schema del sistema di raffreddamento del reattore APR-1400 con in evidenza la cavità facente parte del Cavity Flooding System. Questo sistema funziona grazie alla forza di gravità e permette il raffreddamento dall’esterno del recipiente del reattore nonchè, in caso di rottura del contenitore con fuoriuscita di materiale fuso, il rapido abbatimento della temperatura tramite immersione in acqua borata, evitando l’interazione diretta con il calcestruzzo dell’edificio di contenimento. Il CFS comunica con l’IRWST (In-containment Refuelling Water Storage Tank), una cisterna che corre tutt’attorno al reattore formando un grosso anello, e l’HVT (Holdup Volume Tank).

Tutte le strutture APR-1400 adibite alla mitigazione degli incidenti gravi sono state progettate per soddisfare i requisiti procedurali conformi ai criteri della normativa U.S.NRC, tra cui quelli rispecchiati nella 10 CFR 50.34 (f) e SECY-93-087, frutto dell’esperienza acquisita post-incidente di Three Mile Island.

Le nuove centrali nucleari si inseriscono in un progetto di ampio respiro, che sta rivoluzionando la politica energetica sulla costa occidentale del Golfo. A questo proposito è importante notare che gli EAU sono già al secondo posto al mondo per capacità di desalinizzazione dell’acqua marina (8.4 milioni di metri cubi al giorno per usi energetici e domestici) [3]. Al primo posto si trova l’Arabia Saudita, che da almeno un paio di anni sta valutando seriamente l’opzione nucleare.

Che dire, trattasi di un ottimo esempio di “impara l’arte e mettila da parte”… Anzi sembrerebbe proprio che l’apprendista sia ben avviato sulla strada per superare il maestro. In ogni caso diviene sempre più evidente come nella competizione del Mercato Globale i Paesi che se la cavano meglio si stiano raggruppando in categorie dove a contare non sono esclusivamente le materie prime, l’estensione territoriale e la popolazione, ecc … ma in buona parte la “conoscenza” e l’impatto di questa sui sistemi produttivi.

La Corea del Sud è anche la patria della Doosan, un colosso manifatturiero che vanta 117 anni di storia e che ormai spazia nei più svariati campi dell’ingegneria energetica e meccanica con livelli di eccellenza tali da renderla una delle aziende leader del settore a livello mondiale.

Image

Tuttavia, non è tutto oro quel che luccica tra il Mar Giallo ed il Mar del Giappone.

Negli ultimi mesi è montato uno scandalo [4] che sta minando le basi del forte consenso popolare che aveva accompagnato sin qui “l’evoluzione nucleare” del Paese. Tutto è iniziato con la scoperta di un paio di certificati di sicurezza fasulli concernenti alcuni cavi elettrici che hanno comportato lo shut-down momentaneo di una manciata di reattori nucleari. Al 28 ottobre sono già 100 le persone incriminate e Seoul è sotto pressione, con una parte dell’Accademia che incomincia a chiedere un ripensamento della dipendenza dall’energia nucleare.

Ora, il nucleare produce un terzo dell’elettricità della Corea del Sud, aumentare le importazioni di gas naturale liquefatto, petrolio o carbone potrebbe costare decine di miliardi di dollari l’anno. In particolare, il gas, che già costituisce una metà della bolletta energetica del Paese, ma solo un quinto della potenza installata/disponibile, è con ogni probabilità il principale candidato alla sostituzione del nucleare, in quanto considerato più pulito del carbone e perché gli impianti possono essere costruiti più facilmente nei pressi dei centri abitati. “Se viene tagliata la percentuale di energia nucleare, questo comporterà l’avere generazione di energia a partire da altri combustibili. Se usiamo il GNL, è sicuro che il costo salirà”, ha detto Hwang Woo-hyun, vicepresidente della Korea Electric Power Corp (KEPCO). Si noti che KEPCO possiede Korea Hydro e Nuclear Power Co Ltd, ma ha anche una partecipazione in Korea Gas Corporation (KOGAS), la più grande azienda acquirente di GNL al mondo. E non bisogna andare tanto lontano per trovare un altro importatore di GNL, il Giappone, che per compensare l’arresto delle sue centrali nucleari acquista e “tracanna” più gas che mai da due anni a questa parte.

Ricapitolando, per il momento 3 dei 23 reattori della Corea del Sud sono off-line a causa dei certificati di sicurezza falsi, mentre un altro è stato “spento” il 30 ottobre per esaminare la qualità della saldatura di alcune parti che incidono sulla sicurezza di uno dei generatori di vapore. Altri due sono “sconnessi” dalla rete per la manutenzione di routine ed un sesto è in shut-down, in attesa di un’estensione della durata di vita di 30 anni. Dei cinque reattori in costruzione, tre stanno subendo un ritardo dello start-up, anche a causa di problemi di sicurezza.

Infine, Kim Dong-yeon, Ministro del Governo per il “coordinamento delle politiche”, annunciando lo scorso 17 ottobre le accuse, ha affermato che sono stati trovati ben 277 documenti contraffatti, ma che sono state prese tutte le misure necessarie per una nuova valutazione della sicurezza e che una parte del lavoro di sostituzione dei documenti (e degli item a cui si riferiscono) è già stato completato. Tutto questo mentre ancora non sono chiare le dinamiche che hanno portato alla produzione di certificati contraffatti, né le caratteristiche di tali falsificazioni [5].

In attesa di maggiori dettagli dispiace ricordare che durante le polemiche degli ultimi mesi sulla gestione delle perdite di acqua contaminata a Fukushima i media sudcoreani sono stati sempre in prima fila tra quelli che soffiavano sul fuoco.

Difficile stabilire a caldo se e quanto verrà ridimensionato il piano di “espansione nucleare” della Corea del Sud, che ad oggi ancora prevede altri sei APR-1400 (forse otto), oltre ai cinque in corso d’opera (4 APR-1400 ed 1 OPR-1000). Tuttavia, esistono prove che l’espansione sarebbe in grado di creare nuovi motori della crescita economica. Un articolo del 2009, pubblicato dal Korea Atomic Energy Research Institute, ha messo in rilievo che “il contributo netto complessivo della tecnologia nucleare come quota percentuale del PIL è stato pari al 2.38 % nel 2005” [6]. L’importo comprende l’attività economica generata dalla costruzione e gestione di centrali nucleari così come la produzione industriale “stimolata” dall’energia elettrica prodotta dal nucleare. Da non sottovalutare il fatto che il Governo sudcoreano considera il nucleare parte integrante di una strategia di ampio respiro per una “Crescita Verde”, che ha l’ambizione di coniugare uno sviluppo economico credibile con una protezione dell’ambiente concreta.

Intanto, da Abu Dhabi hanno fatto sapere che nei loro piani la faccenda non ha spostato una virgola.

* La battuta in lingua originale è questa: “Who’d have thought thirty years ago” ed appartiene al Monty Python’s Flying Circus – “Four Yorkshiremen”– forse il loro miglior sketch di sempre.

[1]           http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-O-S/South-Korea/#.Um5teXCP82Y

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_Arab_Emirates

http://www.world-nuclear-news.org/NN-Construction_under_way_at_Barakah-1907124.html

http://www.neimagazine.com/news/newsuae-pours-first-concrete-for-barakah-2

http://www.enec.gov.ae/media-centre/news/content/enec-completes-containment-liner-plate-installation-for-uaes-first-nuclear#!

[2]           Per la precisione, applicare la sicurezza intrinseca comporta l’eliminazione di specifiche condizioni di pericolo, evitando il ricorso ad azioni di controllo o protettive; mentre un sistema di protezione si definisce passivo se entra in funzione al momento dell’incidente senza interventi esterni. Maggiori dettagli qui:

http://www.iaea.org/NuclearPower/Downloadable/aris/2013/9.APR1400.pdf

[3]           http://nextbigfuture.com/2013/10/desalination-water-world.html?utm_medium=referral&utm_source=pulsenews#!

[4]           http://www.voanews.com/content/reu-stung-scandal-s-korea-weighs-costs-curbing-nuclear-power/1778164.html

http://www.voanews.com/content/s-korea-charges-100-officials-over-nuclear-reactor-corruption/1767603.html

[5]           Risultano contraffatti 277 certificati di controllo della qualità concernenti test di componenti o parti di componenti di 20 reattori su di un totale di 22000 documenti esaminati. Un’ulteriore indagine comprendente tutti i 28 reattori della Corea del Sud (i 23 costruiti/operanti più i 5 in costruzione) ha fatto emergere un totale di 2010 documenti falsificati su 218000 esaminati. Fonte: http://www.world-nuclear-news.org/RS-Indictments_for_South_Korea_forgery_scandal-1010137.html

[6]           Manki Lee, Kee-yung Nam, Kiho Jeong, Byungjoo Min, and Young-eek Jung, “Contribution of Nuclear Power to the National Economic Development in Korea,” Nuclear Engineering and Technology, vol. 41, no. 4, May 2009, p. 549

La politica energetica che non c’è

A poco più di un anno dal lancio dell’appello per la convocazione della Conferenza Nazionale sull’Energia, ripercorriamo i passi fino a qui percorsi e facciamo il punto della situazione sullo stato di avanzamento dell’iniziativa.

Conferenza Nazionale sull'Energia

A poco più di un anno dal lancio, su queste pagine, dell’appello per la convocazione della Conferenza Nazionale sull’Energia, riteniamo opportuno ripercorrere i passi fino a qui percorsi e fare il punto della situazione sullo stato di avanzamento della nostra richiesta.

dali

23 ottobre 2012
Lancio della Campagna di adesioni, nell’ambito della consultazione pubblica avviata dal Governo Monti sulla Strategia Energetica Nazionale. Ogni adesione all’appello, il cui testo è reperibile al seguente link, viene automaticamente inoltrata al Ministero dello Sviluppo Economico quale contributo alla suddetta consultazione pubblica.

27 ottobre 2012
A sostegno dell’iniziativa, viene pubblicato un documento di 57 pagine, intitolato “Una Costituzione Energetica per l’Italia”, liberamente scaricabile in rete al seguente indirizzo.

12 novembre 2012
Il documento viene formalmente portato all’attenzione delle seguenti personalità istituzionali
1) Il sottosegretario al Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, ing. Tullio Fanelli;
2)…

View original post 624 altre parole